CN103741728B - 基于fbg传感器的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FBG传感器的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法，包括在现浇混凝土大直径管桩的桩身内外壁沿轴向铺设呈十字形分布的光纤，将光纤与其的上FBG传感器粘贴固定在桩身表面，将光纤的端部接入光纤光栅解调仪和测算现浇混凝土大直径管桩的桩身应变等步骤。本发明的监测方法可测出桩身内外受力状况，具有施工布线简单、存活率高和测量精度高等优点。

Description

基于FBG传感器的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法

技术领域

本发明涉及一种基础结构的试验方法，具体涉及一种基于FBG传感器的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法。

背景技术

现浇混凝土大直径管桩桩身应变对于确定现浇混凝土大直径管桩承载能力具有重要作用，通过分析现浇混凝土大直径管桩桩身应变随管桩埋深、荷载级别的变化以确定现浇混凝土大直径管桩承载力。目前，现浇混凝土大直径管桩桩身变形监测采用的传统电阻应变式传感器，需要将电阻应变式传感器贴在桩身表面，再用电缆引出来，然而电阻式应变片存活率低、测试精度低、漂移大、稳定性差，且由于为点式监测需要引出多条引线电缆，使用非常不方便，而且由于传感器防水性能差，易受电磁干扰，成活率低，不能全面获取现浇混凝土大直径管桩桩身变形情况。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于FBG传感器的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的基于FBG传感器的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法，包括以下步骤：

1）在现浇混凝土大直径管桩的桩身表面沿轴向铺设八条光纤，包括相对地铺设于桩身内壁的四条和外壁的四条，所述八条光纤在桩身的横截面上呈十字形分布；所述光纤上间隔地布置有FBG传感器，所述光纤的端头伸出桩身的顶部；

2）将所述光纤的两端粘贴固定在桩身表面上，再将光纤上的FBG传感器粘接在桩身表面上；

3）将桩身表面的光纤外涂胶固定成型，对伸出桩身的顶部的光纤加以保护；

4）将光纤的端部接入光纤光栅解调仪；

5）在现浇混凝土大直径管桩竖向加载前后，利用光纤光栅解调仪采集的监测数据，计算现浇混凝土大直径管桩的桩身应变。

优选的，所述FBG传感器在光纤上等间距布设，布设间距为50cm。

优选的，在桩身周向上相邻的八条光纤上的FBG传感器均处于同一平面内。

优选的，所述光纤的端头伸出桩身顶部的长度为2m。

优选的，所述步骤5）中同时监测现浇混凝土大直径管桩内外管壁的应变差异。

使用时，通过在现浇混凝土大直径管桩内外壁布设FBG传感器，使其能够与混凝土协调同步变形，从而实现对桩身应变进行连续性监测，全面了解现浇混凝土大直径管桩的受力与变形特性。新的测量方法采用在现浇混凝土大直径管桩桩身布设光纤光栅传感器，光纤光栅FBG(FiberBraggGrating)传感监测技术具有传输与传感媒质合二为一的特性，将具有不同栅距的FBG做在同一根光纤不同位置上，使得沿光纤布设路径上的光栅全部成为敏感元件，采用波分复用技术从而实现应力和温度的准分布式测量。当一宽光谱光源注入光纤时，每个FBG光栅都会反射回两个中心波长为布拉格波长的窄带光波，当被测物的温度或应变发生变化，将引起FBG波长的改变，从光栅的反射光谱中检测FBG波长改变量，并且将已改变的布拉格波长与以前没受激励影响时的布拉格波长进行比较，可以测定出光栅受激励程度，即通过测取波长的漂移量可获知待测量的变化信息。

有益效果：本发明将FBG传感器应用到现浇混凝土大直径管桩桩身应变的监测中，具有以下有益效果：

1、由于现浇混凝土大直径管桩内外壁都布设有FBG传感器，用于监测现浇混凝土大直径管桩内外壁桩身应变差，由此可以估算桩身内外应力差，桩身内外受力状况等；

2、该方法采用的FBG传感器成活率高、防水性好、测量精度高，同时施工工艺简单，具有较好的应用前景；

3、桩身的周向上相邻的八条光纤上的FBG传感器均处于同一平面内的布置方式不仅能够精确地测量出桩身各部位的内外应变差，而且可以测出桩身内外管壁的应变差异。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1的俯视图。

具体实施方式

实施例：本实施例中的现浇混凝土大直径管桩如图1所示，包括桩身1，在桩身1的外壁表面铺设有四条光纤2，条光纤2均沿桩身的轴向铺设，在光纤2上具有等间隔地布置的FBG传感器3，光纤2的端头伸出桩身1的顶部。

现浇混凝土大直径管桩的内壁在图1中未示出，在其上也铺设有四条光纤。如图2所示，八条光纤2在桩身1的俯视图上呈十字形分布。

使用时，将FBG传感器分别布置在互成90°的四个方位，现浇混凝土大直径管桩内外壁都要布置。使用具有FBG传感器串的光纤，AB胶，502胶水。在现浇混凝土大直径管桩互成90度的外壁表面上涂上502胶水，将具有FBG传感器的光纤两端用AB胶固定在桩身上，再涂上502胶水加以固定成型，同时注意要将光纤在桩端处露出2m左右的长度以便接入光纤光栅解调仪。将FBG传感器串顺应现浇混凝土大直径管桩内壁表面布置，其中内壁的光纤需要进入管桩内进行人工布置，表面上涂上502胶水，将FBG传感器光纤两端用AB胶固定在桩身上，再涂上502胶水加以固定成型。其中伸出桩端处的光纤需加以保护。FBG传感器呈等间距布设，布设间距为50cm，且布设方式为内壁4道FBG传感器串，外壁4道FBG传感器串，内外壁传感器在同一平面内，传感器串呈平行线。利用光纤传感器与混凝土的变形同步变化特点，通过给现浇混凝土大直径管桩进行竖向加载，通过光纤光栅解调仪采集光纤监测数据，从而监测现浇混凝土大直径管桩的桩身应变，同时还可以监测现浇混凝土大直径管桩内外管壁的应变差异情况，该方法可以精准的监测现浇混凝土大直径管桩内外管壁受力情况。

FBG传感器即光纤布拉格光栅传感器，其基本原理是：从光纤一端注入一束宽带光束，传过FBG传感器时，通过测量光纤布拉格光栅反射光波波长变化，就能获得待测物体不同点上的应变信息。故在测量时只需将光纤光栅解调仪连接到FBG传感器的接收端，不需要组成回路。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种基于FBG传感器的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）在现浇混凝土大直径管桩的桩身表面沿轴向铺设八条光纤，包括相对地铺设于桩身内壁的四条和外壁的四条，所述八条光纤在桩身的横截面上呈十字形分布；所述光纤上间隔地布置有FBG传感器，所述FBG传感器在光纤上等间距布设，布设间距为50cm,在桩身周向上相邻的八条光纤上的FBG传感器均处于同一平面内,所述光纤的端头伸出桩身的顶部,所述光纤的端头伸出桩身顶部的长度为2m；

2）将所述光纤的两端粘贴固定在桩身表面上，再将光纤上的FBG传感器粘接在桩身表面上；

3）将桩身表面的光纤外涂胶固定成型，对伸出桩身的顶部的光纤加以保护；

4）将光纤的端部接入光纤光栅解调仪；

5）在给现浇混凝土大直径管桩进行竖向加载前后，利用光纤光栅解调仪采集的监测数据，计算现浇混凝土大直径管桩的桩身应变,同时监测现浇混凝土大直径管桩内外管壁的应变差异。