本發(fā)明涉及橋梁檢測領(lǐng)域，具體的說是基于分布式光纖微彎的混凝土板梁鉸縫破損檢測方法。

背景技術(shù)：

混凝土板梁橋由于其構(gòu)造簡單、截面高度小、可工廠化預(yù)制、施工方便且造價(jià)低等眾多優(yōu)勢，在我國的公路和市政橋梁建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。混凝土板梁橋各板梁之間通過鉸縫連接，組成板梁—剪力鉸—板梁的整體結(jié)構(gòu)，通過剪力鉸在板梁之間傳遞剪力，共同承擔(dān)車輛活荷載作用。而板梁在長期運(yùn)營下，鉸縫破損是最常見也是對結(jié)構(gòu)承載能力影響最大的病害類型，即負(fù)責(zé)傳遞剪力的鉸縫(剪力鉸)容易出現(xiàn)混凝土破損開裂失效，導(dǎo)致相鄰板梁在鉸縫位置產(chǎn)生相對位移，病害嚴(yán)重時(shí)甚至造成單梁受力，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

因此，鉸縫檢測是板梁結(jié)構(gòu)安全檢查的重要部分。傳統(tǒng)的鉸縫檢查以目測為主，主要檢查鉸縫的開裂和滲水情況。由于有橋面鋪裝的遮蓋，鉸縫的開裂不易直接被觀察到，更難以評(píng)估開裂的程度。目前，鑒定鉸縫破損程度的方法一般為荷載試驗(yàn)法，通過荷載試驗(yàn)所確定的橫向分布分析鉸縫是否仍能正常傳遞剪力。然而，荷載試驗(yàn)代價(jià)較大，并且需要封閉交通，對于很多路段并不適合。

實(shí)際上，由各板相互鉸接共同作用發(fā)展到各板單獨(dú)工作是一個(gè)漸進(jìn)過程，即鉸縫的破損是逐步發(fā)生的，在不同的階段，破損程度也是不同的。對于破損程度較輕的尚未完全失去傳力能力的鉸縫，可采取修補(bǔ)的辦法，以較小的代價(jià)，防止鉸縫病害的進(jìn)一步發(fā)展。因此，采用一種能避免交通中斷、操作簡便、可靠有效的鉸縫破損檢測方法具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于分布式光纖微彎的混凝土板梁鉸縫破損檢測方法,通過監(jiān)測貼布于板梁梁底的分布式光纖，實(shí)時(shí)監(jiān)測鉸縫工作狀況，實(shí)現(xiàn)智能化鉸縫檢測。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于分布式光纖微彎的混凝土板梁鉸縫破損檢測方法，其特征在于將一條或多條分布式光纖緊貼于板梁梁底，兩端固定，橫向全寬布置，確保光纖與板梁梁底變形一致；通過監(jiān)測貼布于板梁梁底的分布式光纖，實(shí)時(shí)監(jiān)測鉸縫工作狀況，當(dāng)所述分布式光纖發(fā)生彎折時(shí)，根據(jù)彎折的位置判斷出現(xiàn)破損的鉸縫位置；同時(shí)根據(jù)分布式光纖彎折程度，判斷板梁相對位移大小，進(jìn)而判斷鉸縫破損程度。

本發(fā)明通過監(jiān)測貼布于板梁梁底的分布式光纖，實(shí)時(shí)監(jiān)測鉸縫工作狀況，當(dāng)鉸縫出現(xiàn)裂縫等破損時(shí)，相鄰板梁發(fā)生相對位移，通過分析分布式光纖微彎信號(hào)，判斷光纖微彎的位置和程度，從而判斷出現(xiàn)破損的鉸縫位置和該鉸縫破損的程度，并及時(shí)向運(yùn)營管理部門發(fā)送報(bào)警信息。

本發(fā)明通過上述方案特征構(gòu)成明顯的技術(shù)特點(diǎn)：其一，采用外貼式的分布式光纖，光纖即為傳感器，施工簡單，維修方便，經(jīng)濟(jì)美觀，利于推廣應(yīng)用；其二，通過分析光纖微彎信號(hào)，可判斷出現(xiàn)破損的鉸縫位置和該鉸縫破損的程度，方便運(yùn)維人員進(jìn)行有針對性的檢測，為進(jìn)行科學(xué)的維修決策提供數(shù)據(jù)支撐；其三，可實(shí)時(shí)監(jiān)測板梁鉸縫的工作狀況，并可發(fā)送報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)智能化鉸縫檢測。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測鉸縫工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鉸縫破損位置和破損程度，并發(fā)送報(bào)警信息，利于維護(hù)人員及早進(jìn)行維修，進(jìn)行科學(xué)決策；檢測設(shè)備經(jīng)濟(jì)美觀，方便有效，可復(fù)制性強(qiáng)，利于推廣應(yīng)用。本發(fā)明具有經(jīng)濟(jì)性、高效性、適用廣泛性等，有較高推廣價(jià)值。

附圖說明

圖1為分布式光纖布設(shè)圖。

圖2為鉸縫正常工作時(shí)分布式光纖示意圖。

圖3為鉸縫破損時(shí)分布式光纖微彎示意圖。

圖4為鉸縫檢測方法工作框架圖。

具體實(shí)施方式

在如圖1所示，將一條或多條分布式光纖1緊貼于梁底，兩端固定，橫向全寬布置，確保光纖與板梁梁底變形一致；縱向可選擇在橋梁跨中等鉸縫一般最先出現(xiàn)破損的位置。圖中2為各鉸縫橫斷位置。

如圖2所示，在恒載和活載作用下，鉸縫正常工作時(shí)，板梁整體變形，光纖隨之變形為一條光滑曲線；而鉸縫發(fā)生破損時(shí)，如圖3所示，相鄰板梁之間發(fā)生相對位移，光纖將在相鄰板梁之間出現(xiàn)彎折，由原來一條光滑曲線變?yōu)槎喽尉€；而且，鉸縫破損越嚴(yán)重，相對位移越大，光纖彎折越明顯。圖中3為鉸縫破損處，4為光纖彎折處。

如圖4所示，所述光纖外接采集箱，采集箱通過通信技術(shù)將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街行墓芾砥脚_(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而實(shí)現(xiàn)對鉸縫工作狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測。光纖微彎時(shí)，產(chǎn)生后向的散射光，分析光信號(hào)即可判斷光纖彎折的位置，進(jìn)而判斷出現(xiàn)破損的鉸縫位置；同時(shí)可以根據(jù)光纖彎折程度，判斷板梁相對位移大小，進(jìn)而判斷鉸縫破損程度。同時(shí)，中心管理平臺(tái)通過報(bào)警系統(tǒng)立即發(fā)送報(bào)警信息至運(yùn)營維護(hù)人員，利于相關(guān)人員采取維修措施，由被動(dòng)檢測變?yōu)橹鲃?dòng)維修。

從鉸縫出現(xiàn)裂縫，到裂縫縱向擴(kuò)大貫穿，到鉸縫完全失去作用是逐步發(fā)生的。因而，鉸縫破損程度大致可劃分為：鉸縫完好、鉸縫局部破損、鉸縫完全破損三個(gè)階段。

通過理論計(jì)算或歷年檢測情況，可得到鉸縫完全破損時(shí)光纖可達(dá)到的最大曲率，即為θu；在梁底安裝好分布式光纖后，監(jiān)測一個(gè)月，將監(jiān)測到的最大曲率記為θ0，此時(shí)可認(rèn)為鉸縫完好。實(shí)時(shí)在線采集的光纖曲率記為θ，記破損指標(biāo)d=（θ-θ0）/（θu-θ0）

根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)即可對鉸縫工作狀況進(jìn)行判斷：

當(dāng)d≤0時(shí)，鉸縫完好；

當(dāng)0<d<1時(shí)，鉸縫局部破損；

當(dāng)d=1時(shí)，鉸縫完全破損。

當(dāng)d>0時(shí)，監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，檢測人員可再去現(xiàn)場查看，根據(jù)實(shí)際檢測情判斷是否需要進(jìn)行維修。

光纖安裝好后需要進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，若沒有安裝貼緊，會(huì)監(jiān)測出較大曲率，可發(fā)現(xiàn)問題。后期若發(fā)生光纖沒有貼緊，系統(tǒng)報(bào)警，經(jīng)檢測人員現(xiàn)場查看，若出現(xiàn)較大的d值，卻沒有發(fā)現(xiàn)鉸縫破損，則先對光纖設(shè)備是否貼緊進(jìn)行排查。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明的目的在于提供一種基于分布式光纖微彎的混凝土板梁鉸縫破損檢測方法，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測緊貼于板梁梁底的分布式光纖，實(shí)時(shí)監(jiān)測鉸縫工作狀況；出現(xiàn)鉸縫破損時(shí)，相鄰板梁會(huì)發(fā)生相對位移，造成光纖微彎，根據(jù)光纖微彎位置和程度，從而判斷出現(xiàn)破損的鉸縫位置和該鉸縫破損的程度，并及時(shí)向運(yùn)營管理部門報(bào)警破損鉸縫位置和破損程度。該檢測方法的儀器即為光纖，經(jīng)濟(jì)美觀，施工簡單，維修方便，利于推廣應(yīng)用；既可判斷出現(xiàn)破損的鉸縫位置，又可判斷該鉸縫破損的程度；還可實(shí)時(shí)監(jiān)測板梁鉸縫的工作狀況，并發(fā)送報(bào)警信息。本發(fā)明具有經(jīng)濟(jì)性、高效性、適用廣泛性等，有較高推廣價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：王文彪;盛勇;韓鵬;李攀
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.23
技術(shù)公布日：2017.10.24