EEPW论坛

光纤光栅传感器在路桥隧工程中的应用

工程建设的费效比优化一直是科研的热点方向，不论施工和运营维护都寻求稳定高效。结构健康监测技术实现对结构的实时监测，补充甚至超越了传统的检测方式，特别是当结构受到损害时，完成4步：判断损伤存在并定位、识别损伤类型、量化损伤程度、损伤评估，进而保障结构的安全性。Boller 等指出SHM是通过内嵌式集成传感设备对结构荷载和损伤情况进行采集分析，并实现预测损伤的技术。FBG传感器对应变和温度的敏感性强，在 SHM中得到了广泛应用。

FBG传感器在桥梁SHM中主要用于预应力拉索索力 监测、混凝土应变与裂缝监测、复合材料性能监测等。胡军等将FBG传感器预布设于梁体内部，通过减敏封装技术克服了光纤线膨胀系数过小的问题，验证了FBG技术在连续梁预应力索索力监测中的可行性。卢哲安等通过埋入式FBG传感器和振弦传感器对混凝土应变的比较 ，得出FBG传感器在线性响应上优于后者的结论，由荷载一应变图变化可实现对裂纹的产生、发展和断裂等实时监测。位于加拿大Headingly的Taylor大桥采用FRP复合材料预应力筋，配备了66个FBG传感器以监测复合材料及混凝土的应变，将光信号现场解调后的数据存储于计算机，并传输到监测站留存。得 益于FBG传感器优异的抗电磁能力、良好的长期稳定性和高 精高敏性，其在桥梁SHM中的应用前景十分广阔。

FBG传感器在道路SHM中主要用于路面结构形变监测、路面温度场监测。路面结构承受直接荷载时，对基层的应变测量有别于桥梁和隧道的直接监测；同时，沥青路面的拌捣温度高达160℃，超高温以及铺装时对预布置FBG传感器易造成损害。目前，国内沥青路面FBG传感器多采用封装方式隔绝高温和二次损害，同时经模拟实验制定FBG应变与沥青混合料协同变形的相关方法，校正FBG传感器。谭忆秋等利用哈工大研发的受拉和受压FBG传感器，对加载宽梁进行研究，比对FBG监测的应变值和沥青混合料的累计应变，只有受拉PP型传感模量能在一定程度上匹配重复加载下的沥青混合料变形特性。FBG传感器与沥青材料的匹配度随着时间推移而降低，应力应变的无规律反复对FBG的稳定性提出了挑战，一方面需要针对原材料和使用情况有别的 路面进行FBG匹配设计，另一方面要科学制定相关规范、促进FBG技术在道路SHM中的规范统一。