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钢管混凝土拱桥健康监测的光纤传感研究丁 睿1, 2(11 四川大学, 四川 成都 610065; 21 中铁二局集团有限公司, 四川 成都 610032)摘要: 基于光时域反射技术, 研究了 钢 管混凝土健康监测的分布式光 纤传感技术。 提出 光纤优 化组合,实现了不同类型光纤的优势互补; 采用大型工程机械进行了 泵送混凝土的流动 冲击仿 真试验,确定了 光纤在钢 管内的埋设、 定位、 保护工艺; 提出力- 光本构关系概念, 构建全自 动力- 光耦合试验系 统, 进行了 脱空- 裂缝传感试验和大比尺预应变钢管混凝土界面脱空 仿真试验, 建立了 力- 光本构关系, 确定 了 光纤传感监测系统的 传感性能 ( 动态范围: 41 8mm, 定位精度: 01 2m) , 并研究了 实际工程脱 空- 裂缝的定 量算法。 在首次布设光纤传感监测系统的拱桥工程中, 国内外首次检测到拱顶区域大面积脱空, 并确定了 脱 空值为 2 鶫 3mm、 腔空位置及 范围,并实现了 对脱空发生发展的跟踪检测。关键词: 钢管混凝土; 微弯; 交界面脱空; 传感光纤; 耦合; 定位; 脱空值中图分类号: TU3171 4 文献标识码: A文章编号: 1000 -131X (2005) 11-0069 -06RESEARCH ON FIBER SENSING OF HEALTH MONITORING FORSTEEL TUBE - CONFINED CONCRETE ARCH BRIDGEDing Rui1,2( 11 College of Water Resource andHydropower, Sichuan University Chengdu 610065;21 China Railway Erju Group Corporation, Chengdu 610032)Abstract: Based on Optical Time Domain Reflectometry, distributed optical fiber sensing technique of health monitoring forsteel tube -confined concrete ( STCC) is investigated. The concept of optimum composite sensing fiber is presented so as to takethe complementary advantages of different types of fiber. Large engineering machineries are employed to simulate the impact ofconcrete flow under pumping, and the embedding -positioning -protection structures of fiber in STCC are tested and developed.New concept of mechanic -optic constitutive relation is presented, and fully automatic controlled mechanic -optic coupling testsystem is designed for model tests, and mechanic -optic coupling tests and prestrained STCC test have been conducted and theconstitutive relation as well as characteristics of the composite fiber ( dynamic range: 41 8mm; positioning precision: 01 2m)obtained. Additionally, algorithm for disengaging -crack quantification in actual project is studied. In its first application inarch bridge, the disengagement in a large scale at the interfaces of STCC have been detected successfully, and its correspond -ing disengagment value ( 2 鶫 3mm) , position and range, for the first time both at home and abroad, are determined. More -over, monitoring of the occurrence and development of disengaging for long term is realized.Keywords: steel tube -confined concrete; microbending; disengaging at interface; sensing optical fiber; coupling; pos- itioning disengaging value收稿日 期: 2004 -02 -13交通部 / 西部交通科技建设项目0引 言钢管混凝土的力学性能因钢管与核心混凝土二者间的复合作用和套箍力而显著强化。 钢管对核心混凝土提供围压, 使之处于空间受力状态, 从而破坏屈服面因静水压的出现而扩大, 抗压强度和压缩变形能力提高; 借助内填混凝土的支撑作用, 钢管壁的几何稳定性增强, 承载能力提高势, 钢管混凝土被越来越广泛的应用于大型结构工程尤其是桥梁工程中, 取得良好的经济效果和建筑效果。对于该组合结构而言, 整体受力共同作用是保证承载能力和安全耐久性的基本条件, 因而其界面粘结性能具有极其重要的作用; 其次, 混凝土材料的整体性也很重要, 需避免裂缝存在。 致使界面粘结 性能破坏( 即脱空) 的成因主要在于: 1) 混凝土材料的收缩、[ 1- 2]。 出于这种结构上的优 第 38 卷 第 11 期 2 0 0 5 年 1 1 月土 木 工 程 学 报CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNALVol1 38 No1 11Nov1 20 05