CN103774702A - 基于fbg传感器的现浇x型混凝土桩桩身应变监测方法 - Google Patents

基于fbg传感器的现浇x型混凝土桩桩身应变监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于FBG传感器的现浇X型混凝土桩桩身应变监测方法，包括X型混凝土桩桩身表面平整处理、沿处理后的桩身表面轴向在凸出与凹陷处铺设四条光纤、将串联于光纤上的FBG传感器粘接在桩身表面上、涂抹环氧树脂、接入光纤光栅解调仪和测量桩身应变值等步骤。本发明的监测方法提高了光纤传感器存活率，能够避免电磁干扰，具有防水性好、测试精度高、稳定性好等优点。

Description

基于FBG传感器的现浇X型混凝土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X型混凝土桩桩身应变监测方法。
背景技术
现浇X型混凝土桩采用如字母X型的截面代替传统的圆形截面，与截面面积相同的传统圆桩桩型相比，现浇X型混凝土桩的截面周长明显增大，单位材料的比表面积也显著增大，从而达到了节省桩身材料，提高单位体积材料承载力的目的。因而可以在不增加混凝土浇注量的前提下大大提高单桩承载力，从而提高性价比。它可广泛应用于高速公路、高速铁路、市政、机场及水利等领域的地基基础工程。
现在对现浇X型混凝土桩桩身应变的监测主要还是采用应变片测量，但由于应变片安装和布设操作复杂且容易损坏，不能采集到桩身连续应变的数据，而且应变片导出线太多，操作时易引起打结，并且引出线易折断，成活率不够高。
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X型混凝土桩桩身应变监测方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种基于FBG传感器的现浇X型混凝土桩桩身应变监测方法，包括以下步骤：
1）对现浇X型混凝土桩桩身表面进行平整处理；
2）在处理后的桩身表面沿其轴向铺设四条光纤，所述光纤上间隔地串联有FBG传感器，所述桩身的周面上具有相互连接的凸出部与凹陷部，其中两条光纤分别沿相邻的两个凸出部铺设，另外两条光纤分别沿相对的两个凹陷部铺设；
3）将所述FBG传感器粘接在桩身表面上，所述光纤的端头引出桩身的顶部；
4）在铺设于桩身表面的光纤外涂抹环氧树脂；
5）将光纤的端部接入光纤光栅解调仪；
5）当在桩头上施加竖向荷载时，通过光纤光栅解调仪测量出不同深度的FBG传感器的波长变化，计算出桩身应变数据。
优选的，所述步骤1）中的平整处理方法为先用砂纸打磨桩身表面，然后涂抹环氧树脂，再用砂纸将环氧树脂打磨平整。
优选的，所述光纤引出桩身的顶部的端头为5m，其外部套装有塑料软管。
优选的，所述光纤上的FBG传感器等间距串联。
优选的，铺设于所述凸出部上的光纤位于所述凸出部的中点，铺设于所述凹陷部上的光纤位于所述凹陷部的中点。
光纤光栅FBG(Fiber Bragg Grating) 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传感器监测方法应用到现浇X型混凝土桩桩身应变的监测中，具有以下有益效果：
1、FBG传感器都是绝缘体，防水性能好，防电磁干扰，可以完成长距离测量。与电式传感器系统不同，一个光学通道可以同时完成多个FBG传感器的测试，极大地减小了测试系统的体积，重量以及复杂度；
2、FBG传感器的成活率较高，且接线少、布线简单、成本低、不影响混凝土桩的强度，耐腐蚀、没有电击穿烧毁的危险，能够在各种恶劣的环境中工作，使用非常方便，记录保存数据方便快捷；
3、FBG具有体积小，波长选择性好、受外界影响小、易于与光纤连接、损耗小、耦合性好等诸多优点，是一种良好的监测技术。目前FBG技术已运用到很多领域，其光纤光栅解调仪的研发和制造成本也将越来越低，因此这项技术有很好的发展前景；
4、本发明的FBG传感器在桩身体上采用特殊的布置方式，结合X型桩的结构特点，能够准确的测量出桩身各部位的变形情况。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1从A-A处剖开后的结构示意图。
具体实施方式
实施例：本实施例中布设了光纤的现浇X型混凝土桩如图1和图2所示，包括桩身1，桩身1的周面上具有相互连接的凸出部与凹陷部，在桩身1的表面沿其轴向铺设有四条光纤2，其中的两条分别沿相邻的两个凸出部铺设，另外两条分别沿相对的两个凹陷部铺设，在光纤2上串接有FBG传感器3。
使用时，首先将要布设FBG传感器的地方用砂纸打磨，目的是保证混凝土桩表面干净平整，再在表面涂一层环氧树脂，然后再用砂纸对环氧树脂层进行打磨，使得FBG传感器能与环氧树脂的粘贴更加紧密，以保证传感器与混凝土有较好的协同变形能力。接着按上述分布方式进行布设，将FBG传感器两端用502胶固定，使光纤微受力，等胶水干后，将FBG传感器之间的光纤也采用502胶水固定，确保FBG传感器粘贴紧密在环氧树脂和桩身上，最后再在传感器上面抹一层环氧树脂进行保护，等环氧树脂凝固后，打磨平整，这样完成了FBG传感器的布设。布设成功后，将桩头端光纤各预留出5米的长度，并用塑料软管对其进行保护，塑料软管内径与光纤外径空隙保持在一个适度的范围内，保证光纤不被破坏，也使得其与外部设备的连接更加方便。
本发明通过一根光纤就能将多个FBG传感器串联起来，连接到光纤光栅解调仪上，当在桩头上施加竖向荷载时，通过光纤光栅解调仪测量出不同深度的FBG传感器的波长变化，当温度保持不变时，FBG传感器的波长与应变有非常好的线性关系，在光纤光栅解调仪上即可显示记录的应变和波长数据。
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 (5)

1.一种基于FBG传感器的现浇X型混凝土桩桩身应变监测方法，其特征在于包括以下步骤：
1）对现浇X型混凝土桩桩身表面进行平整处理；
2）在处理后的桩身表面沿其轴向铺设四条光纤，所述光纤上间隔地串联有FBG传感器，所述桩身的周面上具有相互连接的凸出部与凹陷部，其中两条光纤分别沿相邻的两个凸出部铺设，另外两条光纤分别沿相对的两个凹陷部铺设；
3）将所述FBG传感器粘接在桩身表面上，所述光纤的端头引出桩身的顶部；
4）在铺设于桩身表面的光纤外涂抹环氧树脂；
5）将光纤的端部接入光纤光栅解调仪器；
5）当在桩头上施加竖向荷载时，通过光纤光栅解调仪测量出不同深度的FBG传感器的波长变化，计算出桩身应变数据。
2.根据权利要求1所述的基于FBG传感器的现浇X型混凝土桩桩身应变监测方法，其特征在于：所述步骤1）中的平整处理方法为先用砂纸打磨桩身表面，然后涂抹环氧树脂，再用砂纸将环氧树脂打磨平整。
3.根据权利要求1所述的基于FBG传感器的现浇X型混凝土桩桩身应变监测方法，其特征在于：所述光纤引出桩身的顶部的端头为5m，其外部套装有塑料软管。
4.根据权利要求1所述的基于FBG传感器的现浇X型混凝土桩桩身应变监测方法，其特征在于：所述光纤上的FBG传感器等间距串联。
5.根据权利要求1所述的基于FBG传感器的现浇X型混凝土桩桩身应变监测方法，其特征在于：铺设于所述凸出部上的光纤位于所述凸出部的中点，铺设于所述凹陷部上的光纤位于所述凹陷部的中点。
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