FBG傳感器在基坑安全監(jiān)測中的應用研究.pdf

1、在深基坑工程實踐中，由于巖土條件的復雜性和不確定性以及支護結構設計計算理論還不夠完善，基坑監(jiān)測是保障基坑工程安全實施的重要環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)的監(jiān)測技術和手段已經(jīng)無法滿足工程監(jiān)測智能化、自動化的要求。近年來，光纖光柵傳感技術已經(jīng)廣泛應用在土木工程中的結構健康監(jiān)測領域。光纖Bragg光柵傳感器(Fiber Bragg GratingSensors，簡稱FBG傳感器)以其高靈敏度、高分辨力等特點，在結構應變、溫度量測中，具有獨特的優(yōu)勢。將FBG傳感

2、器應用于基坑支護結構安全監(jiān)測中是一次新的有意義的嘗試。
　　 首先基于FBG傳感原理，結合室內(nèi)試驗，分析其應變和溫度傳感特性。FBG具有對應變和溫度交叉敏感的特性，將其應用于結構應變監(jiān)測時必須采取溫度補償技術。綜合比較多種溫度補償方法，選用不受力光柵溫度補償法，并推導出溫度補償計算公式。
　　 研究FBG與基體之間的應變傳遞規(guī)律，推導其在軸向受壓和受拉狀態(tài)下的應變傳遞系數(shù)表達式。分析了膠接層對應變傳遞的影響，結果表明膠接

3、層厚度越薄，應變傳遞系數(shù)越大，應變傳遞效果越好；膠接層彈性模量越大，應變傳遞系數(shù)越大，應變傳遞效果越好。隨著FBG傳感器半標距長度的增加，應變傳遞系數(shù)是不斷增大的，不同標距長度的傳感器應變傳遞系數(shù)存在較大差異。
　　 研究FBG傳感器的封裝工藝，對其進行U形鋼管和不銹鋼片封裝，通過室內(nèi)應變和溫度特性試驗測試，計算出各FBG傳感器的應變和溫度靈敏度系數(shù)。結果證明封裝材料與傳感器之間的粘貼劑是決定應變傳遞效果的關鍵，必須保證粘貼劑具

4、有足夠的抗剪強度。
　　 研究FBG傳感器的現(xiàn)場布設工藝，通過室內(nèi)鋼筋混凝土梁試驗，將FBG傳感器與傳統(tǒng)傳感器進行了對比，F(xiàn)BG傳感器應變測試結果與傳統(tǒng)測試方法吻合較好，驗證了FBG傳感器的有效性和優(yōu)越性。
　　 通過室內(nèi)試驗，開展了基坑水平位移的準分布式FBG應變監(jiān)測試驗研究，并且根據(jù)試驗結果，探討將FBG傳感器應用于基坑準分布式監(jiān)測在工藝上的可行性和方法上的有效性。試驗結果表明FBG傳感器所測位移值與位移計實測值吻合

5、較好，且精度較高，能夠滿足實際工程的要求，為工程應用提供了試驗依據(jù)。
　　 將FBG傳感器用于深基坑混凝土內(nèi)支撐的應變和溫度量測，對基坑開挖至底板施工期間的支撐軸力變化進行了全過程監(jiān)測。在長達半年多的監(jiān)測過程中，F(xiàn)BG傳感器始終都能正常工作，表明FBG傳感器在基坑工程監(jiān)測中的可靠性。實測結果表明，基坑開挖過程中混凝土支撐梁上下部處在不同的受力狀態(tài)，采用斷面平均應力法來計算混凝土支撐軸力顯然是不合理的。因此，有必要對混凝土支撐軸力