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光纤 光栅传感 器监测 钢 筋 混凝 土构件应变 的试验验证 潘金炎 王 立 刘 亚 辉 张国 永 （ 浙江省 建筑 科学 设计研究 院有 限公 司 ，杭 州 3 1 0 0 1 2 ） 摘 要 ： 光 纤 光栅应变 传 感 器 作为 一种 新型光 电监测 技 术 ，其应变 量 测 的 准 确 性 是 进 行 结 构 健 康 诊断和 评估 的 关键 。 为 验证其准 确 性和精 度 ，本 文 将光 纤 光栅 传 感器 布 设 于 钢 筋 混 凝 土 粱 、 柱 构 件 中 ，用 于监测 其 受 力 应变值 ， 试验所 得 到 的 应 变监测 结 果 与 电 阻 应变 片 结 果 、 理论 计算值结 果 相 吻合 ，可 以 正确 反 映 混 凝土 粱 柱 的 受 力 变 形 ， 满 足 结 构 健 康监测 的 需要 。 关 键 词 ： 光 纤 光栅 ；监测 ； 应变 传 感器 ＥＸＰＥＲ ＩＭＥＮＴＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＯＮ ＳＴＲＡＩＮ ＭＯＮ ＩＴＯＲ ＩＮＧ ＯＦ ＲＥ ＩＮＦＯＲＣＥ ＣＯＮＣＲＥＴ Ｅ Ｃ ＯＭＰＯＮＥＮＴＳ ＢＹ ＦＩＢ ＥＲ ＧＲＡＴ ＩＮＧ ＳＥＮＳＯＲ Ｐ ａ ｎ Ｊｉ ｎｙａ ｎ Ｗ ａ ｎｇ Ｌ ｉ Ｌ ｉｕ Ｙａ ｈ ｕ ｉ Ｚ ｈａ ｎｇ Ｇｕ ｏｙｏ ｎｇ （Ｚｈｅ ｊ ｉ ａｎｇ Ａ ｃａｄｅ ｍｙ ｏｆ Ｂ ｕ ｉ ｌｄｉ ｎｇ Ｒ ｅ ｓｅ ａ ｒｃｈ ＆ Ｄ ｅ ｓ ｉｇｎ Ｃｏ ． Ｌ ｔｄ ， Ｈ ａ ｎｇｚｈｏ ｕ 3 1 0 0 1 2 ， Ｃ ｈ ｉｎ ａ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ： Ｆ ｉｂｅ ｒ Ｂ ｒａｇｇ ｇｒａ ｔ ｉｎｇ ｓ ｔｒ ａ ｉｎ ｓｅ ｎ ｓｏ ｒ ， ａ ｓ ａ ｎｅ ｗ ｏｐ ｔｉ ｃａ ｌ ｍｏ ｎ ｉ ｔｏ ｒ ｉ ｎｇ ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌｏｇ ｙ ， ｉ ｔ ｓ ｓ ｔｒａ ｉｎ ｍｅ ａ ｓｕ ｒｅ ｍｅ ｎ ｔ ａｃ ｃｕ ｒａｃｙ ｉ ｓ ｃ ｒｕｃ ｉａ ｌ ｆｏ ｒ ｓ ｔｒｕｃ ｔ ｕ ｒａ ｌ ｈ ｅａ ｌ ｔｈ ｄ ｉ ａｇｎｏ ｓ ｉ ｓ ａ ｎｄ ａ ｓ ｓｅ ｓ ｓｍｅ ｎ ｔ ． Ｉ ｎ ｏ ｒｄ ｅｒ ｔ ｏ ｖｅ ｒ ｉ ｆｙ ｉ ｔ ｓ ａ ｃ ｃｕ ｒａ ｃｙ ａ ｎｄ ｐｒｅ ｃ ｉ ｓ ｉｏ ｎ ， ｆ ｉｂ ｅｒ Ｂ ｒａｇ ｇ ｇｒａｔ ｉｎｇ ｓｅ ｎ ｓ ｏ ｒｓ ｗｅ ｒｅ ｍ ｏｕ ｎｔｅ ｄ ｏ ｎ ｔｈ ｅ ｒｅ ｉｎ ｆｏ ｒｃ ｅ ｃ ｏ ｎｃ ｒｅｔｅ ｂｅ ａｍ ａ ｎｄ ｐ ｉ ｌｌ ａ ｒ ｃ ｏ ｍｐｏ ｎ ｅ ｎｔｓ ｔｏ ｍｏ ｎ ｉｔｏｒ ｔｈ ｅ ｉ ｒ ｓｔｒａ ｉ ｎ ， ａ ｎ ｄ ｔｈｅ ｒｅｓ ｕ ｌ ｔｓ ｗ ｅ ｒｅ ｉｎ ｇｏ ｏ ｄ ｃ ｏ ｉｎ ｃ ｉｄｅ ｎ ｔ ｗｉ ｔｈ ｔｈ ｅ ｒｅｓ ｕ ｌ ｔｓ ｔ ｅｓ ｔｅ ｄ ｂｙ ｒｅｓ ｉ ｓ ｔａ ｎｃ ｅ ｓ ｔｒａ ｉ ｎ ｇａ ｕｇｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｔｈ ｅ ｏ ｒｅｔ ｉｃ ａ ｌ ｃ ａ ｌｃ ｕ ｌ ａ ｔｉ ｏ ｎ ． Ｓｏ ｔ ｈｅ ｆｉ ｂｅ ｒ ｂ ｒａｇ ｇ ｇｒａ ｔｉ ｎｇ ｃ ａｎ ａ ｃｃ ｕ ｒａ ｔｅ ｌｙ ｒｅｆ ｌ ｅｃ ｔ ｔｈｅ ｓ ｔｒａ ｉｎ ｏｆ ｃ ｏ ｎｃ ｒｅ ｔｅ ｂｅ ａｍ ｓ ａ ｎｄ ｐ ｉ ｌｌａ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｍｅ ｅ ｔ ｔｈｅ ｎ ｅ ｅ ｄ ｆｏ ｒ ｓ ｔｒｕｃ ｔ ｕ ｒａ ｌ ｈｅ ａ ｌｔｈ ｍ ｏｎ ｉｔｏｒ ｉ ｎｇ ． Ｋｅｙｗｏｒｄ ｓ ：ｆ ｉｂ ｅｒ ｂ ｒａｇ ｇ ｇ ｒａ ｔ ｉｎｇ ； ｍ ｏ ｎ ｉ ｔｏ ｒ ； ｓ ｔ ｒａ ｉ ｎ ｓ ｅ ｎ ｓｏ ｒ ｏ 引 言 光 纤 光 栅 与传 统 的 电 类传感器 相 比 ， 除 了 具有 大 型土 木工程结 构 ，如 超高层建 筑、大跨空间 结 灵敏度高 、抗电 磁干扰 、耐腐蚀、 防水 、不受光源功率 构 、 桥 梁等 ，它们的使用 期都长 达 几 十年 ，甚 至上百 波动 的 影 响等优点 外 ，而且集传感与传输 于 一体 ，易 年 ， 环 境侵蚀 、材 料 老化 和荷 载 的 长期 效 应 、 疲 劳 效 于埋人材料 内 部或 附着 在结 构 表 面 进 行 应变 、温 度 应等灾 害因 素的耦合作用将不可 避免地导 致结 构和 或其他 物理量的 测量 ， 同 时 也可 以通 过复用技术 集 系 统 的 损伤积 累 和抗 力衰减 。 为 了 了解 大型土 木工 合成分 布式传感 网 络 ，来 测 量大型空 间 中 的 应力 或 程 结构 在服 役期 内 的 结 构 健康状 况 ， 众 多学 者 提 出 温度场 的实 时 分布特 征 。 了 “结构 健康 监测 ” （Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔｕ ｒ ａｌ Ｈｅ ａｌ ｔｈ Ｍｏｎ ｉｔ ｏ ｒｉｎｇ ， 简 ＳＨＭ 体 系 的 核心 目 标 就 是 评 价 结 构 的 各 种 性 称 ＳＨＭ ） 的 概 念 ， 即 利 用高性 能 智 能化传感 手 段 对 能 ，对于土木工 程 结构 来说 ，主 要 有 安 全 性 能 、使用 结 构进 行长 期监 测 ，获 取 与损伤有 直 接 关联 的 评 价 性能 、 耐 久 性 能 和 抗震 性 能 这 四 种 需 要 评估 的 性 指 标 ， 对结构 安 全及使 用性 能做 出 实 时评估 。 能 ［ 1 ］ ， 其相应 的性 能指 标 和 监测 对 象大 多 与 应变 相 结 构 健康 监 测 系 统 中 ， 传感系 统 作 为 健康 监 测 关 ， 因 此 ， 可 以基 于 应 变 监 测建 立结 构 全 面 评估 的 系 统 的 最前 端 ， 其传感信息 的 精 确 性 决 定 了其系 统 ＳＨＭ体系 。 的 有效 性和 准确 性 。 钢筋混 凝土是现代土木工 程 中 本 文 将 光 纤光 栅传感 器 布 设于钢 筋 混凝土梁 、 应 用最 广泛 的建筑材 料之 一 ，在 目 前 的工程 实践 中 ， 柱构件 中 ［ 2 ］ ， 监 测构 件 在 受 力 过 程 中 的 实 时 应 变 ， 对于钢 筋混凝 土 结构 的 应变监测 普遍 采用 电 阻应变 并 与电 阻应 变 片监测手段相 比较 ， 以便 了解和验证 片 或 钢 筋应 力 计 ， 但由 于受 电 磁 场 、温度 、 湿 度 、 化 廿 — ｍ＋ ＥＢ 泣 第 一作者 ： 潘金炎 ，男 ， Ｉ 9 6 3 年 出生 ，教 授级高 级工程师 。 ＿腐蚀 和奢命ｆ ｅｉ等 境 条件 的 影 ｎ向 ， 其ｉ用 范 围 受 电子信箱 ：ｙ］ ｐａｎ＠ 1 2 6 ｃ＿ 到很大程度 的 限制 。 收稿 曰 期 ： 2 0 1 5 － 0 3 － 1 5 2 5 0 Ｉ ｎ ｄｕ ｓ ｔｒ ｉ ａｌ Ｃ ｏｎ ｓ ｔｒｕ ｃ ｔｉｏ ｎ Ｖ ｏ ｌ ． 4 5 ， Ｓｕｐ ｐ ｌ ｅｍ ｅ ｎ ｔ ，2 0 1 5 工业建筑 2 0 1 5 年 第 4 5 卷增 刊