【摘要】土木工程界對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)行為和評(píng)估其相應(yīng)的集成越來(lái)越感興趣。采用光纖布拉格光柵（光纖布拉格光柵）傳感器，研究了公路橋梁施工過(guò)程中水化過(guò)程和養(yǎng)護(hù)過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)特性。此外，橋梁的安全性和使用性能可以通過(guò)諸如收縮和徐變之類(lèi)的材料特性來(lái)改變，這些特性與預(yù)應(yīng)力應(yīng)變和拆除支撐框架時(shí)的沉降相關(guān)。同時(shí)，還對(duì)預(yù)應(yīng)力過(guò)程和移除支撐框架過(guò)程中每個(gè)步驟的時(shí)間表的響應(yīng)和有效性進(jìn)行了檢驗(yàn)。顯然，光纖布拉格光柵傳感器是公路橋梁在建設(shè)和使用壽命期間功能集成和響應(yīng)的智能傳感器候選。

【關(guān)鍵詞】光柵傳感器;橋梁;智能監(jiān)測(cè);健康評(píng)估;混凝土;數(shù)據(jù)處理;箱梁

1、引言

土木工程界對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)行為和評(píng)估其相應(yīng)的集成越來(lái)越感興趣[1]。一般來(lái)說(shuō)，橋梁必須定期檢查和評(píng)估，以確保安全和功能。目前使用的健康評(píng)估和損傷檢測(cè)方法是視覺(jué)檢查或局部無(wú)損評(píng)估（無(wú)損評(píng)價(jià)）技術(shù)[2]，如聲學(xué)、超聲學(xué)、沖擊回波、雷達(dá)、紅外、磁學(xué)、渦流和環(huán)境/強(qiáng)迫振動(dòng)測(cè)試。然而，無(wú)損評(píng)價(jià)方法可能非常昂貴和不方便，因?yàn)楣窐蛄航Y(jié)構(gòu)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)需要現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，必須經(jīng)常進(jìn)行。因此，我們瞄準(zhǔn)了在傳感技術(shù)方面的進(jìn)展，即更容易安裝、使用和維護(hù)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)可增加對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)行為的了解，并協(xié)助規(guī)劃維修干預(yù)。挑戰(zhàn)在于開(kāi)發(fā)能夠在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康在線(xiàn)評(píng)估的技術(shù)，從建造這些公路橋梁開(kāi)始[3]。新橋的建造為安裝傳感器和數(shù)據(jù)處理提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)，這將有助于長(zhǎng)期評(píng)估其使用狀況。眾所周知，監(jiān)測(cè)橋梁的行為，特別是在結(jié)構(gòu)的初始施工階段，是非常重要的。此外，除了橋梁本身的性能外，當(dāng)移除支撐框架時(shí)，結(jié)構(gòu)的安全性也受到關(guān)注;施工期間偶爾發(fā)生倒塌事故。早期預(yù)警系統(tǒng)，例如可靠和穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提供了在災(zāi)難發(fā)生之前對(duì)橋梁進(jìn)行補(bǔ)救工作的時(shí)間。此外，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)可以提供關(guān)于惡化的性質(zhì)和程度的全面信息，以便做出明智的管理決策。沒(méi)有明顯的外部振動(dòng)的固結(jié)對(duì)于當(dāng)今高性能混凝土尤其具有挑戰(zhàn)性，高性能混凝土具有低的水膠比材料。自密實(shí)混凝土可以壓實(shí)到模板的每個(gè)角落，完全由它自己的重量和不需要振動(dòng)壓實(shí)[4]。自密實(shí)混凝土的優(yōu)點(diǎn)有很多：它節(jié)省人力和時(shí)間，可以縮短施工周期;它具有一致的質(zhì)量布置;它可以放置在不可接近或高度加固和擁擠的地區(qū)，并且它還具有長(zhǎng)期耐久性[4]。

本文研究了自密實(shí)混凝土的水化過(guò)程和固化過(guò)程的原位特征，以便更好地了解自密實(shí)混凝土的性能和行為。此外，橋梁的安全性和使用性能可以通過(guò)諸如收縮和徐變之類(lèi)的材料特性來(lái)改變，這些特性與預(yù)應(yīng)力應(yīng)變和拆除支撐框架時(shí)的沉降相關(guān)。在預(yù)應(yīng)力過(guò)程和移除支撐框架期間，還檢查了進(jìn)度表在每個(gè)步驟的響應(yīng)和有效性。

2、自密實(shí)混凝土水化進(jìn)展

混凝土結(jié)構(gòu)的凝固硬化過(guò)程，尤其是混凝土早期的凝固硬化過(guò)程，被認(rèn)為是混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命中最關(guān)鍵的階段。混凝土水化是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)放熱過(guò)程。水化變形的持續(xù)時(shí)間從幾天到幾周不等，這取決于混凝土構(gòu)件的熱性能、添加劑、環(huán)境條件、固化和結(jié)構(gòu)元件的幾何形狀。研究水化變形一般有兩種方法：數(shù)值模擬和監(jiān)測(cè)。由于問(wèn)題的復(fù)雜性，數(shù)值模擬非常復(fù)雜。因此，早期監(jiān)測(cè)收集的數(shù)據(jù)代表了解真實(shí)結(jié)構(gòu)行為的獨(dú)特技術(shù)。通常，這是通過(guò)無(wú)損評(píng)價(jià)方法進(jìn)行的，例如利用埋入混凝土中的鋼板的超聲波反射，以測(cè)量施工期間鋼-混凝土界面處剪切波的反射損失[5]。反射損失與早期抗壓強(qiáng)度呈線(xiàn)性關(guān)系。然而，由于技術(shù)上的考慮，這種測(cè)量不能在夜間進(jìn)行。由于我們需要連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，所以沒(méi)有使用這種方法。

一般來(lái)說(shuō)，建議從澆注混凝土?xí)r就開(kāi)始監(jiān)測(cè)。用這種方法，可以測(cè)量整個(gè)變形歷史。這包括在混凝土仍然硬化時(shí)產(chǎn)生的早期變形。此外，由于該橋位于地震區(qū)，因此為了避免鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力受到干擾，在線(xiàn)施工監(jiān)測(cè)非常重要。最初20小時(shí)后，混凝土開(kāi)始收縮。從19小時(shí)至23小時(shí)連續(xù)產(chǎn)生收縮應(yīng)變。在這段時(shí)間里可以看到一個(gè)類(lèi)似噪音的信號(hào)。這種收縮是由兩種相反的變形綜合而成的：水泥水化引起的化學(xué)收縮和混凝土溫度升高引起的熱膨脹。蓋板的上部形狀在24至25小時(shí)左右被移除。綜上所述，基于水化硬化過(guò)程的結(jié)果，光纖布拉格光柵傳感器對(duì)水化過(guò)程的歷史響應(yīng)良好。還可以在線(xiàn)監(jiān)視上表單的相應(yīng)刪除。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)在實(shí)驗(yàn)室中用標(biāo)準(zhǔn)圓柱體/立方體試樣測(cè)試混凝土的強(qiáng)度時(shí)，它可能無(wú)法轉(zhuǎn)化為原位強(qiáng)度的精確測(cè)量。然而，原位水化可顯著影響原位強(qiáng)度;在此，光纖布拉格光柵傳感器提供了用于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)以及估計(jì)結(jié)構(gòu)中混凝土的早期強(qiáng)度的手段。這些收集到的信息將在未來(lái)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室結(jié)果進(jìn)一步分析。最終，這些數(shù)據(jù)允許估計(jì)原位和常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)立方體或圓柱體強(qiáng)度之間的關(guān)系，從而能夠進(jìn)行安全和有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

結(jié)論：

研究結(jié)果表明，光纖布拉格光柵（光纖布拉格光柵）傳感器作為一種健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于記錄橋梁施工過(guò)程中的水化效應(yīng)、養(yǎng)護(hù)周期、預(yù)應(yīng)力響應(yīng)以及支撐架的拆除情況，具有優(yōu)越性。在這座公路大橋的建設(shè)過(guò)程中，自密實(shí)混凝土似乎如預(yù)期的那樣成功地實(shí)施了。從常規(guī)電阻應(yīng)變計(jì)收集的數(shù)據(jù)是不可靠的，而光纖布拉格光柵傳感器被清楚地顯示為在公路橋梁的建設(shè)和使用壽命期間功能集成和響應(yīng)的智能傳感器候選者。

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作者簡(jiǎn)介：

曾毅，中國(guó)江西國(guó)際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作有限公司，江西南昌。