[發明專利]一種基于長標距光纖光柵傳感器的索結構監測方法

有效

• 申請號: 201610818204.5
• 申請日: 2016-09-12
• 公開（公告）號: CN106442541B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 張建;李攀杰;吳智深
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01L1/24;G01B11/16;G01M7/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 陳國強

技術領域

本發明屬于結構健康監測技術領域，特別涉及一種基于長標距光纖光柵傳感器的索結構監測方法。

背景技術

根據有關資料顯示，截至2014年年底，我國公路橋梁總數已達75.71萬座，4257.89萬延米。其中，特大橋梁3404座、610.54萬米，大橋72979座、1863.01萬米。據統計，其中各類危橋數量達7.96萬座，約占橋梁總數的10.5％，橋梁健康狀況嚴峻。長達跨橋梁常采用斜拉橋、懸索橋、系桿拱橋等結構形式,在其中橋梁拉索是大跨橋梁結構體系中的關鍵受力構件。例如，2001年宜賓南門大橋發生懸索及橋面斷裂事故，事故是由連接拱體和橋面預制板的4對8根鋼纜吊桿斷裂引起；2012年新疆孔雀河大橋的倒塌也是因主跨第2根吊桿發生斷裂引起的。橋梁結構中拉索的安全需要特別的關注。

結構健康監測技術利用傳感技術、信號處理技術等各種技術對重大工程結構進行實時監測，有效的提高了重大工程結構的防災減災能力和智能化管養水平。現階段針對索的監測主要是在索力的監測，方法主要有油表讀數法、波動法、磁通量法、振動頻率法等。其中，振動法測索力廣泛應用于索結構的施工控制和健康監測。但是現階段很少有對單根索進行全面的監測和損傷識別的方法。索的損傷一般是鋼絲銹蝕損傷、鋼絲斷裂、疲勞破壞等，索力的變化是索發生嚴重損傷后的內力重分布，針對索力的監測不能發現拉索早期的損傷，因此需要對索結構進行全面的監測來了解索的健康狀況。

傳統的傳感器只能實現監測結構的某一些特定的參數，但是總有一些不足之處。常見的整體傳感器包括加速度計、位移計、傾角儀等，利用這些傳感器可以實現對結構加速度、位移、轉角、結構頻率等宏觀指標的監測和識別，但結構的宏觀指標難以進行有效的結構損傷識別。常見的局部傳感器包括應變計、裂縫計、腐蝕儀等，可以實現對結構細節部位的監測，但它們包括最先進的光纖FBG傳感器都屬于點式傳感器，它們相對于規模龐大的土木工程結構來說過于局部，很難有效地捕捉損傷。這些點式傳感器只有正好粘貼在結構的損傷部位(如裂縫處)的時候，才能顯示出異常的監測值，而一般情況下結構損傷部位未知。大型的橋梁一般安裝健康監測系統，用一整套的傳感器布置監測橋梁結構。但是索結構具有長度長、截面小的特點，對單一的索結構迫切需要單一傳感器能得到各種不同層次結構參數并能夠進行損傷早期判斷的傳感器。

因此，本發明所要解決的技術問題是基于長標距光纖光柵傳感器的索結構健康監測，包括能夠在索結構上實現快速安裝的索夾開發；開發的長標距光纖光柵傳感器采用長標距傳感單元及其串聯形成的傳感網絡覆蓋損傷可能發生的結構關鍵位置和影響區域，所輸出的區域分布應變與位移、轉角、荷載等有直接關系，具有高性能、分布式、聯系結構宏微觀參數的特點?；谝环N傳感器對索結構進行一專多能的全面監測的信號處理技術的開發，可實現對索結構的全面監測與評估。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于長標距光纖光柵傳感器的索結構監測方法，將長標距光纖光柵傳感器應用于索結構監測中，開發新的柔度識別技術及建立結構識別技術流程，實現對索結構的一專多能的監測。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于長標距光纖光柵傳感器的索結構監測方法，包括以下步驟：

步驟一，布置健康監測系統：利用索夾在索結構上布置健康監測系統，所述的健康監測系統由多個設置于索結構的長標距光纖光柵傳感器組成，通過信號采集系統采集健康監測系統監測到的索結構的應變信號；

步驟二，振動測試：采用力錘錘擊索結構上布置有長標距光纖光柵傳感器的節點位置處；

步驟三，信號采集與參數識別：信號采集系統采集振動測試中的沖擊力信號和長標距應變時程；基于子空間識別算法識別系統矩陣，進而識別索結構多層次的參數，參數包括：頻率、阻尼、應變陣型、位移陣型、應變柔度、位移柔度；

步驟四，利用識別的頻率進行索力的識別，根據識別的應變柔度定位索結構的損傷。

步驟一中，通過索夾將長標距光纖光柵傳感器在索結構上安裝錨固，所述索夾包括兩個相同形狀的弧線型套環，其兩邊為直線形，中間為弧形，所述的兩個弧線型套環上分別設置有兩個楔形凹槽，所述的楔形凹槽采用變剛度設計，所述的楔形凹槽內嵌有楔形塊，所述的楔形塊縱向尺寸比凹槽的深度大2mm，且楔形塊的底端中部設置有一個直徑為2mm的圓槽，所述圓槽用于將長標距光纖光柵傳感器的錨固段卡在圓槽內并采用粘接的方法固定在圓槽內，且圓槽長標距光纖光柵傳感器也采用變剛度設計；兩個弧線型套環兩端分別設置有兩個螺栓孔，并通過螺栓固定。