[发明专利]混凝土裂纹标距自适应监测方法

说明书

技术领域

本发明属于结构健康监测与现代检测技术领域，具体涉及一种基于分布式应变传感阵列的混凝土裂纹标距自适应监测方法。

背景技术

混凝土结构在施工与服役期间受到荷载作用、环境与材料本身的物理化学作用，极易发生开裂现象。抑制有害裂纹的同时，利用损伤检测技术对混凝土裂纹进行监测与诊断十分必要。

传统的裂纹检测主要有目测、裂缝测宽仪、超声波、声发射、摄影以及卡尔逊式或弦式测缝计等，这些方法均能达到一定测试精度，但属于人工或点式检测，在空间尺度上难以覆盖混凝土结构随机性的裂纹信息。由于实时监测、覆盖范围大、空间连续和高精度等优势，分布式感知技术逐渐被应用到混凝土裂纹监测中。Hale等人最早提出将光纤作为结构裂纹传感器；加拿大多伦多大学研究者提出基于光纤折断原理的损伤定位系统，当结构中某一区域的光纤输出功率为零，由此可判断损伤位置；Le Maou等人利用埋入式多模光纤监测混凝土裂纹，此项技术成功应用在隧道衬砌上，并检测到裂纹的出现。Leung基于光纤微弯引起光强损耗监测裂纹扩展，只要裂纹方向与光纤斜交，该传感探头就能够感知混凝土结构裂纹的存在。近年来，研究者借助瑞利、布里渊和拉曼散射特性，通过在光缆中输入脉冲信号，分析其反射(或透射)信号，通过解调获得的应变数据表征裂纹损伤。但是，由于裂纹损伤导致其测试应变达到10％以上，远远超出了玻璃光纤的变形能力，同时易发生剪切脆断，即使通过材料复合或依据应变传递分析调整封装，其应变量程很难超过2万微应变。此外，还有人借助高延性同轴电缆的电时域反射技术初步实现了结构裂纹的实时监测(一种基于同轴电缆的分布式裂纹传感器，申请号：201110027121.1)，但该种方法的裂纹敏感性、分布式测试与复用能力有待验证。另外，现有分布式应变传感器使用预先设定的测量标距，大标距传感探头对裂纹损伤早期阶段不敏感，容易造成损伤漏判；由于裂纹损伤演化的非线性和随机性，采用固定标距的平均应变来刻画裂纹，还容易造成损伤误判。

针对上述不足，考虑分布式应变监测信息在聚焦结构局部应力/应变集中的同时，也可较大范围地覆盖结构损伤区域。本发明提供了一种基于多级别测量标距的自适应算法的混凝土裂纹监测方法，使得混凝土裂纹损伤在发生跨标距的演化的同时，能够自行调整出合适的测量标距，并通过其应变数据来表征裂纹损伤。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明提供一种基于分布式应变传感阵列的混凝土裂纹标距自适应监测方法,该方法利用多级别测量标距的应变传感阵列监测和诊断混凝土裂纹损伤的同时，通过应变数据本身判断裂纹损伤是否发生跨标距演化。当裂纹损伤演化超出最小标距的覆盖区域时，要进一步选择并重新确定当前最小标距，使之适应变化的损伤热点区域，进而更加准确和鲁棒地刻画裂纹损伤。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于分布式应变传感阵列的混凝土裂纹标距自适应监测方法，主要包括以下步骤：

第一步，采用内部预埋或表面固定的方式，在混凝土基体上并行布设光纤分布式的应变传感探头和同轴电缆分布式的应变传感探头，通过设定不同测量标距，构成具有多级别(m级)测量标距的应变传感阵列；

第二步，对当前所有1到m级测量标距进行排列组合，构建所有可能的n个标距序列采用上述应变传感探头与相应解调设备测得恒载作用下混凝土基体的静态应变数据所述的静态应变数据为多次测试各标距序列得到的平均值；

第三步，由是否测试得到静态应变数据判断对应测量标距的应变传感探头是否损坏：若未测得静态应变数据则应变传感探头损坏，重复第二步；若测得静态应变数据则应变传感探头没有损坏，进行下一步。

第四步，对于每个标距序列以测量标距的标距长度L_i为横轴，以测量标距对应的变形量ΔL_i为纵轴，建立平面直角坐标系，作多段线L_i-ΔL_i。

第五步，以每个标距序列所测的混凝土基体健康状态下的多段线L_i-ΔL_i为基准，根据每个标距序列的多段线L_i-ΔL_i是否上移判断裂纹损伤是否发生，如果L_i-ΔL_i没有发生上移，重复第四步；如果L_i-ΔL_i发生上移，则多段线对应的标距序列所测的混凝土基体发生损伤，根据发生损伤的标距序列中的最小标距确定裂纹损伤区域及其数量，进行下一步。