[发明专利]一种海洋工程围堰应力实时监测装置与方法

说明书

本发明公开了一种海洋工程围堰应力实时监测装置，其主体结构包括裸光纤光栅传感器、光纤连接线、铠装光缆、临面光纤光栅串、磁性光纤固定件、围堰结构钢板桩、激光器、光栅测试分析仪和计算机，裸光纤光栅传感器按照预先设计间距通过光纤连接线连接为临面光纤光栅串，临面光纤光栅串末端的光纤连接线与铠装光缆连接，磁性光纤固定件底面平滑且中部开设一凹槽，临面光纤光栅串之间的光纤连接线卡入磁性光纤固定件上凹槽，磁性光纤固定件底面磁性吸附在围堰结构钢板桩表面，铠装光缆与光栅测试分析仪连接，光栅测试分析仪输入端与激光器连接，输出端与计算机连接。其将光纤传感器监测的应力数据与其产生的位置一一对应，更容易找出应力突变点。

技术领域：

本发明属于海洋工程技术领域，涉及海洋工程中水工建筑物施工围堰拉伸钢板桩围护结构的应力测试工艺，特别是一种基于光纤光栅传感技术对海洋工程围堰拉伸钢板桩应力实时监测的方法。

背景技术：

随着工业的发展，陆地资源日趋枯竭，人类开始将生存和发展目光转向海洋，试图通过全面开发、合理利用海洋资源缓解资源压力。沿海国家纷纷转变观念，大力发展海洋经济。全面开发利用海洋资源，发展海洋经济是我国以后若干年内的战略目标，已列入国家发展战略。作为全球未来经济支柱产业的海洋资源开发行业，发展潜力巨大。

海洋资源开发与利用过程中，海洋工程围堰支护结构的稳定性至关重要。海洋潮汐水中施工情况较为复杂，施工工艺受涨、退潮水位落差影响较大，采用传统沉井、钢吊箱等常规的水中施工成本昂贵且工期较长，不能满足水下施工要求，故海洋工程围护结构常采用拉伸钢板桩围堰施工工艺。拉伸钢板桩做围堰结构施工速度快、施工费用低，具有很好的防水功能。但是，围堰是海洋工程施工中的临时结构，总体设计强度较弱，容易受波浪侵害。目前针对围堰所受波浪力性态的研究，大多数采用规则波浪进行数值计算或物理模型试验，针对现场实测的围堰结构承载变形特性及应力分布研究较少。

由于海洋潮汐施工环境的特殊性，实际工程中围堰结构受力特性没有直接有效的原位监测方法。济南城建集团有限公司发明了一种实时监测钢板桩围堰结构变形的装置(申请号：201610645692.4)，设计了一种能够实时监测钢板桩围堰结构变形的全新装置，该装置具有安装方便、读数精度高、可重复使用、成本低且能自动报警的优点，真正解决了钢板桩围堰结构变形大不易监测的难题。但是，该发明专利所选用的监测仪器为百分表，百分表安装在磁力表架上且磁力表架吸附于承托上，对监测环境条件要求较高，不适用于环境复杂的海洋工程现场原位监测；西南交通大学研究波浪作用下跨海大桥施工围堰结构波浪压力的分布规律时，通过现场布设压力计的方法对跨海大桥施工围堰结构表面波浪压力进行了实测。该研究以施工围堰结构为监测对象，分别在围堰结构0.0m、-2.0m以及-4.0m处共安装22个CSW560系列测量计，压力计量程为0～20m，波压力计采样频率为3.0Hz，根据监测数据对围堰结构表面压力分布、压力峰值及变化趋势进行了分析(遆子龙.海洋桥梁施工围堰的波浪压力实测与数值模拟[J]，西南交通大学学报，2017)。但该装置所采用的CSW560系列压力计为陶瓷电容式渗压计，该渗压计适合埋设于水工建筑物或其它混凝土建筑物内以测量结构物内部渗透水压力。该装置测点的设计较为分散且监测结果为间接水压力，不能实现围堰结构应力的实时连续监测。因此，研发新型的用于实时监测海洋工程围堰结构桩身受力的装置与方法是解决围堰结构施工过程安全稳定的关键。

发明内容:

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求一种基于光纤光栅传感测试的海洋工程围堰结构应力实时监测装置与方法。解决了现有的海洋工程围堰结构应力监测装置难以应用于高腐蚀、环境多变海洋环境的问题，以及解决了现有将光纤光栅传感器粘结于待测结构表面或表面开槽造成待测结构表面结构破坏和安装拆卸复杂的问题。