How to use fiber optic grating temperature sensors to monitor the temperature of high-strength concrete construction sections in bridges-INNO

Penderia Grating Fiber Bragg

When the natural environment temperature changes, the concrete box girder bridge structure will undergo deformation and stress, which will directly affect the safety, ketahanan, and applicability of the concrete structure. The actual temperature of the bridge structure has a direct impact on the linearity and internal forces of the bridge. Oleh itu, it is necessary to monitor the actual temperature of the bridge structure during the construction process to effectively grasp the impact of temperature on the stress monitoring results of the bridge during construction.

Kisi Fiber Bragg (FBG) sensing technology can overcome the shortcomings of traditional monitoring techniques and meet the technical requirements of distributed, berketepatan tinggi, long-distance, and long-term monitoring of bridge structures. Due to the use of light for signal propagation, sensor tidak lagi terjejas oleh hingar dan mempunyai gangguan anti elektromagnet yang baik dan fungsi kalis lembapan, yang boleh menyediakan cara dan kaedah yang lebih maju untuk diagnosis kesihatan dan pemantauan keselamatan struktur kejuruteraan jambatan. Memandangkan penderia FBG pertama kali dibenamkan dalam konkrit untuk pemantauan dalam 1992, aplikasi mereka dalam kejuruteraan awam telah diterokai dan dikaji secara meluas di China, berkembang daripada penyelidikan eksperimen kepada struktur kejuruteraan praktikal seperti jambatan dan terowong. Antaranya, pemantauan masa nyata tekanan semasa fasa pembinaan jambatan telah dijalankan menggunakan sensor gentian optik, dan hasil penyelidikan tertentu telah dicapai. Dalam kertas ini, jenis baharu sensor FBG dengan perlindungan lengan keluli tahan karat terbenam telah digunakan untuk memantau suhu haba penghidratan konkrit C60 jambatan dalam masa nyata selepas menuang. Suhu gentian optik penderia telah tertanam dalam bebibir, plat web, dan plat bawah bahagian. Artikel ini menyediakan pengenalan terperinci kepada proses pemasangan dan pemantauan sensor, mengesahkan prestasi baharu sensor suhu gentian optik di bawah keadaan pembinaan yang kompleks, dan memantau perbezaan dan perubahan dalam suhu haba penghidratan plat atas galang kotak, plat web, dan plat bawah semasa pembinaan musim sejuk. Ia menyediakan rujukan yang sepadan untuk kajian medan suhu haba penghidratan dalam pembinaan konkrit C60 untuk jambatan rentang super panjang dalam persekitaran pergunungan yang serupa.

Gambaran Keseluruhan Projek

Jambatan itu terletak di kawasan pergunungan dengan banyak gunung yang tinggi, lembah yang dalam, dan rupa bumi yang curam. Keadaan geologinya sangat kompleks, dengan cuaca yang tidak menentu dan hujan yang berlebihan, menyukarkan pembinaan. Pada masa yang sama, rasuk jambatan tuang di dalam projek itu dituangkan dengan konkrit gred tinggi C60, melanggar amalan konvensional menggunakan konkrit gred C55 untuk jambatan jenis yang sama. Walaupun kekuatan konkrit hanya meningkat sebanyak 5MPa, ia sangat meningkatkan kesukaran kawalan dan pemantauan pembinaan konkrit. Untuk memantau kesan haba penghidratan dan perubahan suhu yang dijana oleh konkrit C60 semasa pembinaan jambatan ke atas tegasan jambatan, sensor parut gentian optik pra tertanam digunakan untuk memantau perubahan suhu semasa dan selepas proses pengawetan konkrit dalam masa nyata.

Pemantauan Suhu Kotak Girder Berdasarkan Fiber Bragg Grating Sensing

Prinsip Pemantauan Suhu Berdasarkan Penderia Grating Fiber Bragg

Serat Bragg Parut Bragg dibentuk oleh gentian doped germanium mod tunggal yang disinari dengan cahaya ultraungu untuk membentuk teknologi parut. Apabila teras gentian parut Bragg gentian tertakluk kepada suhu atau tekanan luaran, jarak jeriji akan berubah, menyebabkan perubahan dalam panjang gelombang cahaya yang dipantulkan. Mengikut teori gandingan mod, apabila lampu jalur lebar melalui jeriji gentian optik, panjang gelombang cahaya tertentu (panjang gelombang: l B) Akan merenung kembali, panjang gelombangnya λ B memenuhi teorem Bragg: 2.2 Gambarajah susun atur sensor. Oleh kerana lebar plat atas ialah 12m, yang merupakan kawasan cahaya matahari utama dan juga permukaan pemanasan dan penyejukan utama, 5 penderia diedarkan secara sama untuk pemantauan, dengan dua pinggan perut dan satu pinggan bawah. Sejumlah 8 penderia suhu bernombor S1-S8.

Corak variasi hasil pemantauan suhu

Undang-undang variasi suhu tempatan keratan rentas dengan masa

Waktu menuang konkrit untuk jambatan adalah pada waktu malam, dan pemantauan suhu bermula keesokan harinya selepas selesai menuang. Waktu pemantauan bermula jam 8 pagi. Suhu luaran bumbung jambatan ialah 2 ℃, dan cuaca cerah hingga mendung. Tempoh pemantauan ialah 6 jam, dan kekerapan pensampelan ialah 2Hz. The sensors on the top plate are numbered S1-S5, with S1 on the upstream side and S5 on the downstream side.

Due to the significant hydration heat generated by concrete, although the external outdoor temperature is close to 0 ℃, after 12 jam, the temperature of the bridge roof still remains close to 31 ℃. By fitting the temperature time history curve, it can be observed that the temperature decreases linearly with time. S2 is at the top plate, and the thickness of the top plate of Block 12 is 45cm. It can be observed that the temperature of the top plate decreases relatively quickly, with a fitted linear slope of -7.3484, indicating that the temperature changes rapidly over time. dalam 6 jam, the temperature drops from 27.5 ℃ kepada 25.0 ℃, and the temperature decreases by 2.5 ℃.

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

Berbanding dengan keadaan iklim di kawasan pergunungan, terdapat angin yang agak kuat di lembah sungai, yang mempunyai kesan yang ketara terhadap pelesapan haba penghidratan konkrit. Dek jambatan Jambatan Wanlongshan ialah 12 meter lebar, dan perbezaan suhu bumbung dipengaruhi oleh cahaya matahari dan arah angin. Sekarang bandingkan suhu pemantauan lima penderia pada plat atas secara mendatar, dan keputusan perbandingan ditunjukkan dalam Rajah 4. Dapat diperhatikan bahawa terdapat perbezaan suhu yang ketara pada plat atas sepanjang arah mendatar. Suhu plat atas hiliran (S4 dan S5) adalah lebih tinggi daripada plat atas hulu, dengan perbezaan maksimum kira-kira 5.0 ℃. Ini menunjukkan bahawa taburan suhu plat atas sangat berbeza. The main reason is that the downstream side of the bridge is first exposed to sunlight, while the upstream side of the bridge is the sunny side.

Comparing the temperatures of the top plate, plat web, and bottom plate longitudinally, it can be seen from the comparison results that the temperature of the bottom plate is 25 ℃, the temperature of the top plate is 31.0 ℃, and the highest temperature at the junction of the web plate and top plate is 38.0 ℃. The trend of temperature change can be seen that the temperature change rates of the top and bottom plates are almost the same. The temperature time history curves of S1 and S6 are almost parallel, and the temperature slowly decreases, while S8 is basically in a stable state.

By using embedded fiber optic grating temperature sensors, pemantauan masa nyata suhu penuangan konkrit berkekuatan tinggi C60 semasa peringkat pembinaan jambatan dijalankan. Kandungan pemantauan utama ialah perubahan suhu plat atas, plat web, dan plat bawah, dengan masa pemantauan sebanyak 6 jam.

Kesimpulan utama ialah: (1) dalam 12 jam selepas penuangan konkrit, apabila suhu luaran jambatan adalah 0 ℃, suhu yang dijana oleh haba penghidratan di dalam jambatan boleh mencapai sehingga 40 ℃, suhu plat atas adalah kira-kira 30 ℃, suhu plat bawah adalah kira-kira 24 ℃, suhu di persimpangan plat web dan plat atas ialah 40 ℃, dan suhu di bahagian lain plat web adalah serupa dengan plat bawah, iaitu 24 ℃.

(2) There is a significant difference in the horizontal distribution of top plate temperature for large-span concrete bridges constructed in mountainous areas. The temperature difference of the top plate of the bridge is about 5 ℃, and the temperature of the top plate is significantly affected by sunlight. The temperature is highest on the side near sunlight, and lowest on the sunny side, di 24 ℃.

(3) The vertical distribution of temperature along the section is closely related to the local volume of concrete, such as the temperature at the junction of the top plate and the web plate, which is the highest temperature of the entire section, around 40 ℃; The temperature of the bottom plate is the lowest, followed by other parts of the belly plate, and then the temperature of the top plate.