王海春 田平 李志剛

【摘 要】

由于目前基于橋梁動力信息的損傷識別方法存在不少問題，本文嘗試性地采用結(jié)構(gòu)自重作為損傷識別分析的外部信息，在此基礎(chǔ)上分析混凝土裂縫損傷對結(jié)構(gòu)的哪些響應(yīng)變量有重要影響，以及影響的性質(zhì)有什么不同，從而找到能較好的反映結(jié)構(gòu)損傷的物理量，并通過光纖傳感器和傳統(tǒng)電測應(yīng)變片的對比試驗，驗證了光纖傳感器用于損傷識別的可行性。

【關(guān)鍵詞】混凝土梁；損傷識別；應(yīng)變檢測

Experiment research of concrete beam harm identification

Wang Hai-chun1，Tian Ping2，Li Zhi-gang3

（1. Transportation occupation technical college of Qinghai Xining Qinghai 810003；

2. Hebei transportation occupation technical college Shijiazhuang Hebei 050091；

3. Liberation Arm science and engineering university Jiangsu Nanjing 210000）

【Abstract】In order to identify a method to exist not a few problems according to the harm of bridge motive information currently， The article tries ground adoption structure self-respect is a harm to identify an analytical exterior information， analyze concrete crack harm on this foundation to structure of those respond to change the quantity contain importance influence， and influence of the property have what dissimilarity， find out thus can the better reflection structure hurt of physical quantity， and pass fiber optic spread feeling machine and traditional electricity to measure a contingency slice of contrast experiment， verify a fiber optic to spread a feeling machine to used for the possibility that the harm identifies.

【Key words】Concrete beam； Harm identification；Contingency examination

1. 前言

（1）損傷識別是橋梁健康監(jiān)測的重點與難點，目前國內(nèi)外許多大型橋梁均埋設(shè)了長期健康監(jiān)測系統(tǒng)，利用這些系統(tǒng)在自然風(fēng)荷載或行車荷載作用下獲取的結(jié)構(gòu)動力信息，基于動力信息開展了大量損傷識別理論研究，但是在研究中發(fā)現(xiàn)：環(huán)境噪音嚴(yán)重，影響損傷識別的準(zhǔn)確性；結(jié)構(gòu)動力特性對小損傷不敏感，難以捕捉早期損傷；動力信號的測試精度相對較低，識別精度難以保證；對于中小型重要橋梁，難以測試結(jié)構(gòu)動力信息。

（2）光纖傳感器與傳統(tǒng)的傳感器相比具有測量精度高、動態(tài)范圍大、頻帶寬并可實現(xiàn)絕對測量以及抗電磁干擾、耐腐蝕的特點，而且光纖體積小、柔軟可彎曲，能以任意形式復(fù)合于基體結(jié)構(gòu)中而不影響基體的性能。光纖傳感系統(tǒng)最具優(yōu)勢的地方在于它可同時作為傳感元件和傳輸媒介，便于與光纖傳輸系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，以實現(xiàn)系統(tǒng)的遙測和控制。所以，把光纖傳感器埋入混凝土結(jié)構(gòu)中，用于各種參量的測量是比較理想的方法，因此本文嘗試將光纖傳感器應(yīng)用到損傷識別中來。

（3）由于損傷識別是一個標(biāo)準(zhǔn)的反問題求解問題，存在解不唯一等客觀理論難點，課題組在理論研究上遵循如下技術(shù)路線：首先進(jìn)行損傷的正分析，了解混凝土裂縫損傷對結(jié)構(gòu)的那些響應(yīng)變量有重要影響，以及影響的性質(zhì)有什么不同；其次將損傷識別問題分解為損傷出現(xiàn)識別、損傷位置識別與損傷程度識別等相對簡單的問題，力爭解決其中的一到兩個問題。

本文主要進(jìn)行損傷識別正分析的探討，關(guān)于第二個論題由于篇幅原因，另撰文論述。

2. 不同位置、不同深度的裂縫對結(jié)構(gòu)應(yīng)變與撓度的影響分析

（1）分別在結(jié)構(gòu)完好的小梁、跨中深20mm裂縫的1#小梁、跨中深37mm裂縫的1#小梁、跨中深80mm裂縫

（2）為了分析不同位置、不同深度的裂縫對結(jié)構(gòu)應(yīng)變與撓度的影響情況，1#小梁六種結(jié)構(gòu)形態(tài)在均布荷載與集中荷載作用下的應(yīng)變與撓度響應(yīng)變化見圖7、圖8、圖9與圖10。由圖7、圖9可見：即使小梁在完好狀態(tài)下應(yīng)變分布出現(xiàn)了跨中應(yīng)變小于1/4處應(yīng)變的反?，F(xiàn)象，初步分析可能在1/4處出現(xiàn)了微裂紋；隨著跨中人為裂縫的逐漸加深，靠近裂縫一側(cè)的應(yīng)變逐漸釋放，應(yīng)變值降低，但是1/4微裂紋處的應(yīng)變持續(xù)增加，其他部位的應(yīng)變幾乎不受裂縫擴(kuò)展的影響。由圖8、圖10可見：隨著裂縫不斷擴(kuò)展，相同荷載下結(jié)構(gòu)撓度持續(xù)增加，說明構(gòu)件剛度持續(xù)降低，同時構(gòu)件全長的撓度均受到影響。

3. 裂縫擴(kuò)展對應(yīng)變與撓度的影響分析

為了進(jìn)一步分析裂縫擴(kuò)展對應(yīng)變與撓度的影響，在2#小梁上做了沒有人為裂縫和跨中裂縫120mm、1/4處斜裂縫170mm的兩種結(jié)構(gòu)形式在均布荷載作用下的對比試驗，電阻應(yīng)變片與百分表的布置基本同1#梁。做出兩種結(jié)構(gòu)形式下應(yīng)變與撓度對比見圖11與圖12，由圖可見：在跨中與1/4處存在裂縫一側(cè)的應(yīng)變均不同程度降低，而其他部位的應(yīng)變幾乎不受影響，但是撓度在構(gòu)件全長均受裂縫出現(xiàn)的影響。

4. 光纖傳感器在損失識別中的應(yīng)用

為驗證光纖傳感器能夠敏感地感應(yīng)混凝土裂縫地出現(xiàn)與擴(kuò)展，在1#梁跨中人為裂縫為0mm、20mm、37mm、80mm、100mm分別記錄混凝土光纖傳感器與鋼筋光纖傳感器采集的混凝土應(yīng)變，作出混凝土應(yīng)變與鋼筋應(yīng)變隨裂縫擴(kuò)展的變化情況見圖13與圖14。由圖可見：由于光纖傳感器設(shè)置在裂縫附近，因此能夠敏感地感應(yīng)混凝土開裂；其中混凝土傳感器跨越裂縫，因而應(yīng)變值隨裂縫擴(kuò)展而持續(xù)增加；而鋼筋傳感器在裂縫一側(cè)，裂縫擴(kuò)展到鋼筋所在位置前，應(yīng)變增加，但裂縫擴(kuò)展到鋼筋所在位置后，位于裂縫一側(cè)的應(yīng)變釋放，因而讀數(shù)減小。裂縫與傳感器相對位置見圖15。

5 . 結(jié)論

5.1 損傷識別變量的選擇：應(yīng)變對局部損傷敏感，但是感應(yīng)的范圍有限；撓度是個全局變量，感應(yīng)的范圍比較廣，但是難以用于損傷定位。

5.2 應(yīng)變量的變化與裂縫、應(yīng)變片的相對位置、裂縫擴(kuò)展程度有復(fù)雜的非線性關(guān)系，因此進(jìn)行損傷定位與程度計算的難度較大。

5.3 實際工程應(yīng)用時，如果不能實現(xiàn)光纖傳感器的分布式布置，應(yīng)該將撓度監(jiān)測手段與應(yīng)變監(jiān)測手段相結(jié)合，用撓度變量識別損傷的出現(xiàn)，利用應(yīng)變變量進(jìn)行損傷定位的識別。endprint