【52監測網】第99期 光纖光柵型智慧鋼絞線及其在衡陽東洲大橋中的應用
 52監測網專家報告分享-第99期 《光纖光柵型智慧鋼絞線及其在衡陽東洲大橋中的應用》 朱萬旭 桂林理工大學 教授 目錄 性能特點 測量原理 組網監測 工程案例 內容介紹 一、性能特點 光纖光柵型智慧鋼絞線 在鋼絲（鋼絞線中心絲）表面將直徑為0.1mm光纖光柵嵌入并與之耦合在一起，制成受力與感知一體化的智慧材料。
智慧鋼絲、智慧鋼絞線 光纖光柵傳感優點 光纖光柵傳感器是研究和應用新趨勢 1. 抗電磁干擾：一般電磁輻射的頻率比光波低許多，所以在光纖中傳輸的光信號不受電磁干擾的影響。 2. 耐腐蝕，化學性能穩定：制作光纖的材料——石英具有極高的化學穩定性，適合長期監測。 3. 傳輸損耗小：可實現遠距離遙控監測。 4. 體積小、重量輕，適合與基材耦合。 5. 電絕緣性能好：光纖由電介質構成，且無需電源驅動，適宜于在易燃易爆炸的環境中使用。 6. 傳輸容量大：可實現多點分布式測量。 光纖光柵型智慧鋼絞線優點 1. 量程大，型鋼絞線最大應變量程12000μ?。（對應鋼絞線屈服應變約為8300μ?） 2. 精度高，分辨率1μ?，相當于φ15.2mm鋼絞線測量0.028kN分辨率 3. 抗疲勞，在應力上限0.45σb、應力幅200MPa下，通過200萬次循環加載，斷絲率≤2%。 4. 耐腐蝕，化學性能穩定，適合長期監測。 5. 抗磨損，光纖光柵嵌入鋼絲表面內，起到保護作用。 6. 由于在內部，暴風雨、烈日等惡劣環境下不影響監測。 可見，該材料非常適合長期在線監測 主要技術性能參數（鋼絞線） 1. 力學性能與普通低松弛預應力鋼絞線的等同，符合GB/T5224； 2. 最大量程達到12000μ?，能夠跟蹤至鋼絞線應力屈服狀態； 3. 高應力幅狀態下能夠通過200萬次循環荷載試驗。
智慧材料布置方案 無需變更原體系設計
智慧鋼絞線/鋼絲布置截面示意圖
單根鋼絞線/鋼絲測點縱向布置示意圖 二、測量原理 感知光纖測量原理 布拉格光柵基本原理 在光纖指定位置制成一定折射率周期分布的光柵區。當光進入光柵時，對滿足光柵反射條件的入射光產生一種反射，該反射波波峰處波長為?B。
在光柵所處環境應變發生變化時，彈光效應會使光柵折射率改變和周期伸縮，其波長漂移與所受軸向應變的關系：
基于以上原理，可制成滿足工程需要的各種光纖光柵傳感器。 應力應變對應關系 光纖光柵通過黏結劑等中間介質的應變傳遞從而實現對鋼絞線的應變測量，基體結構鋼絞線的真實應變與FBG監測應變的關系滿足：
監測數據處理 根據靜力張拉對鋼絞線進行光纖光柵傳感性能標定，根據力（F）——波長（?）標定數據得出線性擬合曲線，量測得到的原始數據為波長，將其帶入擬合曲線得到力值。
三、組網監測 監測系統布置方案
在線監測系統 系統由自感知智慧材料、數據采集與傳輸模塊、數據處理與管理模塊、數據分析與安全預警模塊。
用戶僅需要使用手機、電腦等即可實現遠程在線監測 1. 實時查看應力變化 2. 應力歷史變化曲線 3. 構件健康狀態評估 4. 即時安全預警 …… 四、工程案例 衡陽東洲湘江大橋
斜拉索布置
《光纖光柵型智慧鋼絞線及其在衡陽東洲大橋中的應用》 朱萬旭 桂林理工大學 教授 |
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