[发明专利]基于光纤布里渊全尺度传感的预应力损失监测方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及长期结构损伤监测领域，具体涉及一种基于布里渊分布式光纤传感的结构预应力损失监测技术。

(二)背景技术

当今预应力技术已经广泛地应用于土木工程的各个领域。改革开放以来，我国可自行生产高强钢材制品，为发展高效预应力结构创造了条件，已广泛应用到了多(高)层建筑、大跨建筑、特种结构、工程加固和桥梁拉索或系杆等领域上。预应力损失会降低预应力效果，降低预应力混凝土构件的抗裂性能及刚度，严重时导致构件发生开裂、挠度过大、锚头松动等现象，甚至还会对结构耐久性产生严重影响，造成安全隐患。此外，现有的预应力损失理论计算方法并不十分完善、可靠和全面，有时与实际监测情况存在很大偏离。对预应力损失进行有效监测是确保预应力结构的承载能力、裂缝控制和完善预应力损失理论计算方法的重要手段。

目前国内外关于预应力损失监测的技术主要利用下述几种测力传感器：电阻应变计式、差动电阻应变计式、钢弦式和磁通量传感器等。但这些预应力监测传感器主要有以下方面不足：1)长期耐久性和稳定性差。现有传感器防潮、防腐、防雷电、抗干扰性能较差，不能适应野外长期工作的恶劣环境，一般在2至3年内就失效了，不能达到长期结构健康监测的目的。2)不能实现分布测量。在预应力结构整体的应力损失机制，现有的点式和准分布式监测仪器无法全面反映，多是一些局部的点式测量。3)信号不能远距离传输。电阻应变式和差动电阻式传感器的电信号一般都是在微伏级至毫伏级之间，随着传输距离的增加，噪声与干扰增大，灵敏度显著降低，一般使用距离在几米至十几米之间。钢弦式传感器为交流频率信号，输出电压波形幅值有失真或衰减，对测量结果影响较小，因此传输距离可远些，但也只能达数百米。4)不能绝对测量。需要多次标定和修正的传感器不能胜任长期的离线监测。而近年发展起来的分布式光纤传感技术为这一难题提供了新的思路，能够弥补以上技术的不足。分布式光纤传感作为一种新型的无源光学器件，具有防潮、耐腐、易于传输、损耗小、易于布设、易于组网、准分布式测量和实时监测能力强等优点，已成为智能材料及其相关领域中应用最为广泛的敏感元件之一。

钢绞线通常是预应力结构的重要结构部件，把钢绞线的应力状态清晰描绘出来，就可以反映整个预应力结构的应力分布状态和预应力损失结果。但是，如何有效地将布里渊分布式光纤传感(或在局部关键点辅以光纤布拉格光栅)与钢绞线结合，并根据结构应力监测结果分析预应力损失，评价结构因预应力损失带来的安全问题是目前尚没有解决的技术问题。虽然有报告采样光纤布拉格光栅来测试钢绞线的预应力损失，但是其工艺为裸光栅直接粘帖，其致命的缺点是钢绞线在受力过程中的扭转很容易破坏传感器的传输线路，且其胶粘剂的耐久性没有基本保障，无法实现长期耐久性监测。此外，还有人借助光纤光栅和纤维增强树脂复合成智能钢筋(纤维增强塑料-光纤光栅传感复合传感筋，授权号：ZL 02132998.2)直接用于钢绞线，虽然能较方便地监测光纤光栅位置点的变形信息，判断其应力水平，但是该方法存在无法全面把握钢绞线预应力损失的分时段(瞬时损失或长期损失)、空间分布等规律。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种具有全尺度、耐久性好、易于传输、损耗小、易于布设和组网、绝对测量和实时监测能力强等优点的基于光纤布里渊全尺度传感的预应力损失监测方法。

本发明的目的是这样实现的：在纤维增强树脂—布里渊分布式光纤传感智能筋的外表面缠绕一层高延性金属箔，作为填充介质，将去掉中心丝的钢绞线外层钢丝顺智能传感筋的同一方向均匀绞制，制成具有智能传感特性的布里渊分布式光纤传感智能钢绞线，通过分布式光纤感知智能筋的应变，推算出钢绞线的应力结果，从而监测结构整体的预应力损失，并采用光纤绝对温度补偿方法进行温度补偿。

本发明还包括这样一些技术特征：

1、所述的在FRP筋制作过程中置入布里渊分布式光纤传感复合成型；

2、所述的布里渊分布式光纤智能筋在钢绞线中的位置为取代钢绞线的中间丝，其界面采样高延性金属箔填充；

3、所述的高延性金属箔包括铜、铝箔；

4、所述的智能传感筋的长度取决于钢绞线的长度，要求传感筋比钢绞线长，且其中的光栅串之间没有焊接点；

5、所述的将分布式光纤传感智能钢绞线与普通钢绞线共同安装在预应力结构内，对传输信号的光缆进行保护，通过监测不同位置的布里渊频移变化计算结构预应力状态，从而评估预应力损失情况；

6、所述的基于布里渊分布式光纤智能筋的智能钢绞线采样常规夹片锚；