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预应力混凝土结构目前在工程中的应用越来越广泛,在使用过程中将不可避免地使结构产生损伤积累和抗力衰减,因此,对包括预应力结构在内的工程结构开展健康状况性能评估工作已显得十分迫切。当预应力筋中的预应力损失过大时,结构的破坏将是无先兆的,破坏性很大,因此预应力损失的检测是预应力混凝土结构性能评估的重中之重。
目前在结构性能评估监测系统中主要采用传统的“点式”传感技术,而传统的“点式”监测技术难以全面监测预应力混凝土结构的应力分布,监测结果受局部信息影响较大,难以满足实际工程的监测要求,本文提出了一种基于新型分布式光纤传感技术的预应力混凝土梁性能评估的监测方法。
本文介绍了光纤传感技术的特点与优势,描述了光纤布拉格光栅(FBG)的原理;考虑到复合材料(FRP)具有高强、耐腐、线弹性等优越性能,确定了FRP作为封装材料,研究了基于FRP材料的长标距FBG封装方式;重点研究了长标距FBG传感器的应变特性,试验证明了该传感器的优良传感性能,同时分析了利用分布式光纤传感器进行结构测量时温度补偿的方法。
其次,介绍了预应力混凝土梁静力性能评估方法、动力性能评估方法。静力性能评估方法中,重点介绍了基于分布式应变的评估方法和基于分布式挠度的评估方法,指出了基于分布式应变的改进共轭梁法计算挠度的优势:这种计算方法计算准确度仅受单元长度是否恰当和输入应变的准确程度这两个条件限制。动力性能评估方法中,介绍了基于结构固有频率的评估方法和基于宏应变模态的评估方法,这几种方法表明,基于分布式应变监测技术既能反映结构的局部信息,也能反映结构的整体信息。
最后,本文基于预应力混凝土梁的静、动力试验,验证了预应力混凝土梁性能的静动力评估方法。当预应力发生损失时,如果梁是无损伤梁,可以通过单元应变分布的变化和梁挠度分布变化相结合的方式来检测预应力的损失量;如果梁发生损伤时,可以通过应变分布的变化,挠度分布变化和损伤单元应变模态的变化相结合的方法来检测预应力的损失量,从而实现对预应力结构的性能评估,虽然FBG光纤光栅传感器能够很好的测量梁的固有频率,但预应力变化时,梁的固有频率变化较小,所以梁的固有频率这个指标只能用来作参考。