Comment utiliser des capteurs de température à grille à fibre optique pour surveiller la température des sections de construction en béton à haute résistance dans les ponts-INNO

Capteurs à réseau de Bragg à fibre

Lorsque la température de l’environnement naturel change, la structure du pont à poutres-caissons en béton subira des déformations et des contraintes, ce qui affectera directement la sécurité, durabilité, et applicabilité de la structure en béton. La température réelle de la structure du pont a un impact direct sur la linéarité et les forces internes du pont.. Donc, il est nécessaire de surveiller la température réelle de la structure du pont pendant le processus de construction pour saisir efficacement l'impact de la température sur les résultats de la surveillance des contraintes du pont pendant la construction.

Réseau de Bragg en fibre (FBG) La technologie de détection peut surmonter les lacunes des techniques de surveillance traditionnelles et répondre aux exigences techniques des systèmes distribués., haute précision, longue distance, et surveillance à long terme des structures de ponts. En raison de l'utilisation de la lumière pour la propagation du signal, les capteurs ne sont plus affectés par le bruit et ont de bonnes fonctions anti-interférences électromagnétiques et étanches à l'humidité, qui peut fournir des moyens et des méthodes plus avancés pour le diagnostic de santé et la surveillance de la sécurité des ouvrages d'art des ponts. Depuis que les capteurs FBG ont été intégrés dans le béton pour la surveillance 1992, leur application en génie civil a été largement explorée et étudiée en Chine, passer de la recherche expérimentale aux structures d'ingénierie pratiques telles que les ponts et les tunnels. Parmi eux, un suivi en temps réel des contraintes pendant la phase de construction du pont a été réalisé à l'aide de capteurs à fibre optique, et certains résultats de recherche ont été obtenus. Dans ce document, un nouveau type de capteur FBG avec manchon de protection intégré en acier inoxydable a été utilisé pour surveiller la température de chaleur d'hydratation du béton C60 du pont en temps réel après le coulage. Température de la fibre optique des capteurs étaient intégrés dans les brides, plaques d'âme, et plaques de fond de section. Cet article fournit une introduction détaillée au processus d'installation et de surveillance du capteur, vérifie les performances du nouveau capteur de température à fibre optique dans des conditions de construction complexes, et surveille les différences et les changements dans la température de chaleur d'hydratation de la plaque supérieure de la poutre-caisson, plaque d'âme, et plaque inférieure pendant la construction hivernale. It provides corresponding reference for the study of hydration heat temperature field in the construction of C60 concrete for super long span bridges in similar mountainous environments.

Aperçu du projet

The bridge is located in a mountainous area with many high mountains, deep valleys, and steep terrain. Its geological conditions are very complex, with unpredictable weather and excessive rainfall, making construction difficult. En même temps, the cast-in-place bridge beams in the project were poured with C60 high-grade concrete, breaking the conventional practice of using C55 grade concrete for bridges of the same type. Although the strength of concrete is only increased by 5MPa, it greatly increases the difficulty of concrete construction control and monitoring. In order to monitor the effect of hydration heat and temperature changes generated by C60 concrete during bridge construction on the stress of the bridge, a pre embedded fiber optic grating sensor is used to monitor the temperature changes during and after the concrete curing process in real time.

Temperature Monitoring of Box Girders Based on Fiber Bragg Grating Sensing

Principle of Temperature Monitoring Based on Fiber Bragg Grating Sensors

Bragg fiber Bragg grating is formed by single-mode germanium doped fiber being irradiated with ultraviolet light to form a grating technology. When the fiber core of the fiber Bragg grating is subjected to external temperature or stress, the spacing of the grating will change, causing a change in the wavelength of the reflected light. According to the theory of mode coupling, when a broadband light passes through a fiber optic grating, a specific wavelength of light (longueur d'onde: λ B) Will reflect back, its wavelength λ B satisfies Bragg’s theorem: 2.2 Sensor layout diagram. Due to the width of the top plate being 12m, which is the main sunlight area and also the main heating and cooling surface, 5 sensors are distributed equidistantly for monitoring, with two belly plates and one bottom plate. A total of 8 temperature sensors are numbered S1-S8.

The variation pattern of temperature monitoring results

The variation law of local temperature of cross-section with time

The concrete pouring time for the bridge is at night, and temperature monitoring begins the next morning after completion of pouring. The monitoring time starts at 8am. La température extérieure du toit du pont est 2 ℃, et le temps est ensoleillé à nuageux. La durée de surveillance est 6 heures, et la fréquence d'échantillonnage est de 2 Hz. Les capteurs sur la plaque supérieure sont numérotés S1-S5, avec S1 en amont et S5 en aval.

En raison de la chaleur d'hydratation importante générée par le béton, bien que la température extérieure extérieure soit proche de 0 ℃, après 12 heures, la température du toit du pont reste encore proche de 31 ℃. En ajustant la courbe historique de la température, on peut observer que la température diminue linéairement avec le temps. S2 est sur la plaque supérieure, et l'épaisseur de la plaque supérieure du bloc 12 fait 45 cm. On peut observer que la température de la plaque supérieure diminue relativement rapidement, avec une pente linéaire ajustée de -7.3484, indiquant que la température change rapidement avec le temps. Dans 6 heures, the temperature drops from 27.5 ℃ à 25.0 ℃, and the temperature decreases by 2.5 ℃.

The variation law of longitudinal and transverse distribution of cross-sectional temperature

Compared to the climate conditions in mountainous areas, there are relatively strong winds in river valleys, which have a significant impact on the dissipation of concrete hydration heat. The bridge deck of Wanlongshan Bridge is 12 meters wide, and the temperature difference of the roof is affected by sunlight and wind direction. Now compare the monitoring temperatures of the five sensors on the top plate horizontally, and the comparison results are shown in Figure 4. It can be observed that there is a significant temperature difference in the top plate along the horizontal direction. The temperature of the downstream top plate (S4 and S5) est supérieure à celle de la plaque supérieure amont, avec une différence maximale d'environ 5.0 ℃. Cela indique que la répartition de la température de la plaque supérieure varie considérablement. La raison principale est que le côté aval du pont est d'abord exposé au soleil., tandis que le côté amont du pont est le côté ensoleillé.

Comparaison des températures de la plaque supérieure, plaque d'âme, et plaque inférieure longitudinalement, il ressort des résultats de comparaison que la température de la plaque inférieure est 25 ℃, la température de la plaque supérieure est 31.0 ℃, et la température la plus élevée à la jonction de la plaque d'âme et de la plaque supérieure est 38.0 ℃. La tendance du changement de température montre que les taux de changement de température des plaques supérieure et inférieure sont presque les mêmes.. Les courbes d'historique de température de S1 et S6 sont presque parallèles, et la température diminue lentement, alors que S8 est fondamentalement dans un état stable.

En utilisant des capteurs de température à réseau de fibre optique intégrés, une surveillance en temps réel de la température du coulage du béton à haute résistance C60 pendant la phase de construction du pont est effectuée. Le contenu principal de la surveillance concerne les changements de température de la plaque supérieure., plaque d'âme, et plaque inférieure, avec un temps de surveillance de 6 heures.

Les principales conclusions sont: (1) Dans 12 heures après le coulage du béton, lorsque la température extérieure du pont est 0 ℃, la température générée par la chaleur d'hydratation à l'intérieur du pont peut atteindre jusqu'à 40 ℃, la température de la plaque supérieure est d'environ 30 ℃, la température de la plaque inférieure est d'environ 24 ℃, la température à la jonction de la plaque d'âme et de la plaque supérieure est 40 ℃, et la température dans d'autres parties de la plaque d'âme est similaire à celle de la plaque inférieure, ce qui est 24 ℃.

(2) Il existe une différence significative dans la distribution horizontale de la température de la plaque supérieure pour les ponts en béton de grande portée construits dans les zones montagneuses.. La différence de température de la plaque supérieure du pont est d'environ 5 ℃, et la température de la plaque supérieure est considérablement affectée par la lumière du soleil. La température est la plus élevée du côté proche du soleil, et le plus bas du côté ensoleillé, à 24 ℃.

(3) La distribution verticale de la température le long de la section est étroitement liée au volume local de béton., comme la température à la jonction de la plaque supérieure et de la plaque d'âme, qui est la température la plus élevée de toute la section, autour 40 ℃; La température de la plaque inférieure est la plus basse, suivi d'autres parties de la plaque ventrale, puis la température de la plaque supérieure.