基于光纤传感技术的桥梁检测探讨

王剑波

摘  要：在桥梁工程结构复杂度与质量要求不断增加的今天，为了确保桥梁工程的质量，必须要采取有效的检测方法与技术对其质量进行仔细校核。文章以光纤传感技术为研究对象，重点对其在桥梁检测中的应用进行了深入探讨，希望为后续桥梁工程质检的相关研究提供一些帮助。

关键词：桥梁工程;质量检测;光纤传感技术

中图分类号：U446 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）31-0154-02

Abstract： Today， with the increase in complexity and quality requirements for bridge engineering structure， in order to ensure the quality of bridge engineering， effective testing methods and techniques must be adopted to carefully check its quality. This paper takes the optical fiber sensing technology as the research object， and focuses on its application in bridge detection， in the hope of providing some help for the follow-up research of bridge engineering quality inspection.

Keywords： bridge engineering; quality inspection; optical fiber sensing technology

橋梁工程具有里程长、工程造价高、覆盖面广、施工难度大以及质量要求高等特征，尤其是新时期桥梁工程在后期运营中常常需要承受过大的持续性荷载，对结构的稳固性与强度具有较高要求。为了确保桥梁工程建设的质量，或者为已建桥梁工程的改扩建提供必要的指导意见，有必要采取一些先进的质检技术。

1 桥梁检测中光纤传感技术的应用优势

在以往的桥梁工程质检当中普遍采取电检测技术，通过在测定的关键位置处设置电阻应变片，通过监测电阻和电阻应变片之间的规律进行测定。由于该种检测技术本身以“应变-电量”为核心依据，非常容易受到测定环境因素的影响。比如，如果测定环境中的空气具有比较大的湿度，那么容易增大电阻，进而会诱发短路问题，影响点检测结果的准确性。而光纤传感技术本身是以光信号为检测的核心数据传递媒介，本身不会给桥梁结构造成过大损害的同时，可以显著增强其抗干扰能力，相应的检测分辨率与灵敏度也比较高。在实际的检测过程中，在电磁场、压力与温度等外界条件的影响下，通过光纤中的光波参数会发生改变，通过测定光波参数的变化来了解相关物理量的大小，具体原理图见图1。

归结起来，光纤传感技术在桥梁检测中的应用优势主要表现如下：其一，操作便捷，抗干扰性能显著。光纤传感器发出的光信号不会受到外部环境中充斥的电磁波或噪声等因素影响，更有利于保证测定结果可靠性。其二，光纤本身的柔韧性比较强，可以结合桥梁结构的不同形状来针对性制作适宜形状的光纤传感器。其三，具有更宽的测量频带以及更大的动态响应范围，可以适应于多种情况下的工程测量情况。

2 桥梁检测中光纤传感技术的具体应用

2.1 应用于桥梁振动检测

桥梁结构振动是影响桥梁工程正常通车的一个重要因素，严重的会危及桥梁结构使用的安全性。在对桥梁结构振动情况进行检测的过程中，如果可以创新应用光纤传感技术，那么可以对桥梁结构的振幅、频率等相关参数进行有效地检测，尤其是不单单可以从整体上对桥梁结构的振动情况进行测定，同样可以结合实际的需求对局部部位的桥梁结构振动情况进行检测。在对桥梁结构振动情况进行检测期间，可以首先在桥梁内部或表层位置处合理地安装信号光纤，这样可以使其伴随着桥梁结构本身的振动情况而相应地做出振动响应，而终端所输出的光信号参数也会相应地出现周期性变化。然后可以将这些具有振动信号特征的光信号参数传递给处理系统，并利用FFT分析这些反映振动因素的光信号参数变化之后即可确定出最终的桥梁结构振动周期与频率。

2.2 应用于桥梁应变检测

桥梁结构变形问题也是影响桥梁工程使用性能的一个重要因素，会给桥梁工程结构使用的安全性与稳定性带来比较严重的影响，所以无论是新建路桥工程或者是在服役的路桥工程，对它们本身的应变情况进行检测是路桥工程检测的重要内容之一。而在桥梁应变检测中应用光纤传感技术期间同样可以根据相应的传感原理，在桥梁工程结构检测应变的关键位置处科学安装应变传感器，并做好相应的应变标注。在标注操作完毕后即可检测桥梁结构的应变情况，同时在开展应变检测期间也要注意相应地做好应变检测结果的观察与记录，最终可以直观地观察到桥梁结构本身的应变情况。实际上，在桥梁结构质检过程中，应变与应力都是关系桥梁结构稳固性与安全性的重要参数。对桥梁结构的内应力检测而言，针对桥梁局部结构应力检测可以采用E-P光纤传感器进行测定;针对桥梁结构分布应力监测可以采用光纤布拉格光栅传感器进行测定。

以桥梁结构应变监测为例，其在应用光纤传感技术期间主要涉及到如下几个关键的步骤：其一，有效判定外部静态环境条件是否满足有关的规定与标准;其二，针对已经标注的各种传感器，要专门性挑选适合类型的机械设备;其三，针对桥梁应变在静态环境当中的情况检测，要相应地对测点进行均匀分布，确保测点分布的均匀性与全面性。其四，要结合标准量开展工作应力输入，并对输入与输出的对应数据进行实时记录。然后可以调整输入值到零值，重新对输入与输出两个量的对应数据进行记录。依此操作开展重复二次操作，最后可以通过特定曲线公式结合测定桥梁结构应变的数据来对桥梁结构的最终应变值进行计算。

2.3 应用于混凝土结构检测

混凝土结构是桥梁结构的“筋骨”，对结构的承载性、强度与稳固性具有较高要求。一旦混凝土结构本身的强度不满足规定要求，就容易影响其使用性能的发挥，甚至诱发比较严重的安全事故。但是桥梁工程使用时间越久，其结构材料容易遭受更加严重的侵蚀，进而可能会形成越来越多程度各不相同的裂纹。根据裂纹的大小情况，一般可以将其相应地划分为贯穿裂缝与深裂缝两种类型，其中后者的裂缝深度尺寸一般控制在0.2～0.3mm，而前者在出现之后会对桥梁结构使用性能的正常发挥带来不利影响，增加其出现安全事故的概率，甚至会全面降低桥梁结构的整体承载性与强度，危及其使用的安全性。而裂缝也会逐渐发展成更为严重的质量问题，甚至诱发坍塌等一些突出的施工安全事故，如影响桥梁结构破损或严重变形等等。

如果桥梁工程本身出现了裂缝，那么要及时采取一些切實可行的手段与方法对它们进行合理调整，如可以借助光纤传感器技术来对其进行准确检测，之后结合检测所得到的结果来优化调整混凝土结构，保证其使用性能的正常发挥。而在实际的桥梁结构检测过程中如果可以有效地运用光纤传感技术，那么可以通过分布式检测技术与手段的应用来确保整体检测的全面性，避免出现漏检或错检问题的出现。相较于以往的电检测技术，光纤传感技术的灵活应用更容易确保整体测定结果的准确性，并且相应的操作比较便捷，不会严重破坏所检测的混凝土结构，这样更有利于确保桥梁结构的安全性。在实际的混凝土结构检测过程中，可以通过提前在混凝土结构中预埋入可埋式光纤传感器（图2）的方式，对混凝土结构本身的强度、耐久性等相关情况进行有效地检测。

图2 可埋式光纤传感器

2.4 应用于桥梁其他检测

除了上述几个主要的桥梁结构检测中应用光纤传感器之外，还可以将光纤传感器应用于其他方面的桥梁检测项目当中，如可以将光纤传感技术应用于检测桥梁受力结构附件上面，如拱桥系杆、吊杆、悬索桥主缆以及系杆等中;也可以将光纤传感技术应用于锚杆与锚索等一些桥梁工程当中的预应力锚固构件的质量检测当中。通过有效地应用光纤传感技术，可以对构件的受力大小情况、检测值以及分布情况等进行仔细地测定，这样可以对桥梁结构本身的使用性能进行更加准确地反映。简言之，无论是新建工程或者是在服役的桥梁工程当中，针对涉及到应力、应变以及强度和耐久性等使用性能的检测，都可以结合实际的质量检测工作的需求，灵活地制定光纤传感技术应用方案，保证可以充分发挥其在提升检测结果准确性方面的积极作用，有效确保桥梁结构的整体质量。

3 结束语

总之，光纤传感技术是在当前桥梁工程质检领域中广泛应用的一种检测技术。在实际桥梁工程检测中应用光纤传感技术，具有检测效率高，成本低和操作便捷等应用优势，具体可以应用于桥梁振动、应变、混凝土结构等领域中，保证可以充分发挥光纤传感技术在确保最终桥梁工程质量检测效果方面的积极作用。

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