Como usar sensores de temperatura de grades de fibra óptica para monitorar a temperatura de seções de construção de concreto de alta resistência em pontes-INNO

Sensores de grade de Bragg de fibra

Quando a temperatura do ambiente natural muda, a estrutura da ponte em viga de caixa de concreto sofrerá deformação e tensão, que afetará diretamente a segurança, durabilidade, e aplicabilidade da estrutura de concreto. A temperatura real da estrutura da ponte tem um impacto direto na linearidade e nas forças internas da ponte. Portanto, é necessário monitorar a temperatura real da estrutura da ponte durante o processo de construção para compreender efetivamente o impacto da temperatura nos resultados do monitoramento de tensão da ponte durante a construção.

Grade de fibra Bragg (FBG) a tecnologia de detecção pode superar as deficiências das técnicas tradicionais de monitoramento e atender aos requisitos técnicos de distribuição, alta precisão, longa distância, e monitoramento de longo prazo de estruturas de pontes. Devido ao uso de luz para propagação de sinal, os sensores não são mais afetados pelo ruído e possuem boas funções anti-interferência eletromagnética e à prova de umidade, que pode fornecer meios e métodos mais avançados para o diagnóstico de saúde e monitoramento de segurança de estruturas de engenharia de pontes. Desde que os sensores FBG foram primeiramente embutidos em concreto para monitoramento em 1992, sua aplicação na engenharia civil foi amplamente explorada e estudada na China, expandindo da pesquisa experimental para estruturas práticas de engenharia, como pontes e túneis. Entre eles, o monitoramento em tempo real das tensões durante a fase de construção da ponte foi realizado por meio de sensores de fibra óptica, e certos resultados de pesquisa foram alcançados. Nesse artigo, um novo tipo de sensor FBG com proteção de manga de aço inoxidável incorporada foi usado para monitorar a temperatura térmica de hidratação do concreto C60 da ponte em tempo real após o vazamento. Temperatura da fibra óptica sensores foram embutidos nos flanges, placas de teia, e placas inferiores da seção. Este artigo fornece uma introdução detalhada ao processo de instalação e monitoramento do sensor, verifica o desempenho do novo sensor de temperatura de fibra óptica sob condições de construção complexas, e monitora as diferenças e mudanças na temperatura do calor de hidratação da placa superior da viga caixão, placa de teia, e placa inferior durante a construção de inverno. Ele fornece referência correspondente para o estudo do campo de temperatura de calor de hidratação na construção de concreto C60 para pontes de vão super longo em ambientes montanhosos semelhantes..

Visão geral do projeto

A ponte está localizada em uma área montanhosa com muitas montanhas altas, vales profundos, e terreno íngreme. Suas condições geológicas são muito complexas, com clima imprevisível e chuvas excessivas, dificultando a construção. Ao mesmo tempo, as vigas da ponte moldadas no local no projeto foram concretadas com concreto de alta qualidade C60, quebrando a prática convencional de usar concreto grau C55 para pontes do mesmo tipo. Embora a resistência do concreto só aumente em 5 MPa, aumenta muito a dificuldade de controle e monitoramento da construção de concreto. A fim de monitorar o efeito do calor de hidratação e das mudanças de temperatura geradas pelo concreto C60 durante a construção da ponte sobre a tensão da ponte, um sensor de grade de fibra óptica pré-embutido é usado para monitorar as mudanças de temperatura durante e após o processo de cura do concreto em tempo real.

Monitoramento de temperatura de vigas caixões com base no sensor de grade de Bragg de fibra

Princípio de monitoramento de temperatura baseado em sensores de rede de Bragg de fibra

A grade Bragg de fibra de Bragg é formada por fibra monomodo dopada com germânio sendo irradiada com luz ultravioleta para formar uma tecnologia de grade. Quando o núcleo de fibra da rede de Bragg de fibra é submetido a temperatura externa ou estresse, o espaçamento da grade mudará, causando uma mudança no comprimento de onda da luz refletida. De acordo com a teoria do acoplamento de modo, quando uma luz de banda larga passa através de uma rede de fibra óptica, um comprimento de onda específico de luz (comprimento de onda: Libra) Refletirá de volta, seu comprimento de onda λ B satisfaz o teorema de Bragg: 2.2 Diagrama de layout do sensor. Devido à largura da placa superior ser de 12m, que é a principal área de luz solar e também a principal superfície de aquecimento e resfriamento, 5 sensores são distribuídos equidistantemente para monitoramento, com duas placas de barriga e uma placa inferior. Um total de 8 sensores de temperatura são numerados S1-S8.

O padrão de variação dos resultados do monitoramento de temperatura

A lei de variação da temperatura local da seção transversal com o tempo

O horário de concretagem da ponte é à noite, e o monitoramento da temperatura começa na manhã seguinte após a conclusão do vazamento. O horário de monitoramento começa às 8h. A temperatura externa do telhado da ponte é 2 ℃, e o tempo está ensolarado a nublado. A duração do monitoramento é 6 horas, e a frequência de amostragem é 2Hz. Os sensores na placa superior são numerados S1-S5, com S1 no lado montante e S5 no lado jusante.

Devido ao significativo calor de hidratação gerado pelo concreto, embora a temperatura externa externa esteja próxima de 0 ℃, depois 12 horas, a temperatura do telhado da ponte ainda permanece próxima de 31 ℃. Ajustando a curva de histórico de temperatura e tempo, pode-se observar que a temperatura diminui linearmente com o tempo. S2 está na placa superior, e a espessura da placa superior do bloco 12 tem 45 cm. Pode-se observar que a temperatura da placa superior diminui de forma relativamente rápida, com uma inclinação linear ajustada de -7.3484, indicando que a temperatura muda rapidamente ao longo do tempo. Dentro de 6 horas, a temperatura cai de 27.5 ℃ para 25.0 ℃, e a temperatura diminui em 2.5 ℃.

A lei de variação da distribuição longitudinal e transversal da temperatura transversal

Comparado com as condições climáticas em áreas montanhosas, há ventos relativamente fortes nos vales dos rios, que têm um impacto significativo na dissipação do calor de hidratação do concreto. O tabuleiro da ponte Wanlongshan é 12 metros de largura, e a diferença de temperatura do telhado é afetada pela luz solar e pela direção do vento. Agora compare as temperaturas de monitoramento dos cinco sensores na placa superior horizontalmente, e os resultados da comparação são mostrados na Figura 4. Pode-se observar que existe uma diferença significativa de temperatura na placa superior ao longo da direção horizontal. A temperatura da placa superior a jusante (S4 e S5) é mais alto que o da placa superior a montante, com uma diferença máxima de cerca 5.0 ℃. Isto indica que a distribuição de temperatura da placa superior varia muito. A principal razão é que o lado a jusante da ponte é primeiro exposto à luz solar, enquanto o lado a montante da ponte é o lado ensolarado.

Comparando as temperaturas da placa superior, placa de teia, e placa inferior longitudinalmente, pode-se ver pelos resultados da comparação que a temperatura da placa inferior é 25 ℃, a temperatura da placa superior é 31.0 ℃, e a temperatura mais alta na junção da placa da alma e da placa superior é 38.0 ℃. A tendência de mudança de temperatura pode ser observada que as taxas de mudança de temperatura das placas superior e inferior são quase as mesmas. As curvas de histórico de temperatura e tempo de S1 e S6 são quase paralelas, e a temperatura diminui lentamente, enquanto o S8 está basicamente em um estado estável.

Usando sensores de temperatura de grade de fibra óptica incorporados, é realizado o monitoramento em tempo real da temperatura da concretagem de alta resistência C60 durante a fase de construção da ponte. O principal conteúdo de monitoramento são as mudanças de temperatura da placa superior, placa de teia, e placa inferior, com um tempo de monitoramento de 6 horas.

As principais conclusões são: (1) Dentro de 12 horas após a concretagem, quando a temperatura externa da ponte é 0 ℃, a temperatura gerada pelo calor de hidratação dentro da ponte pode atingir até 40 ℃, a temperatura da placa superior é de cerca de 30 ℃, a temperatura da placa inferior é de cerca de 24 ℃, a temperatura na junção da placa da alma e da placa superior é 40 ℃, e a temperatura em outras partes da placa da alma é semelhante à da placa inferior, o que é 24 ℃.

(2) Há uma diferença significativa na distribuição horizontal da temperatura da placa superior para pontes de concreto de grande vão construídas em áreas montanhosas. A diferença de temperatura da placa superior da ponte é de cerca de 5 ℃, e a temperatura da placa superior é significativamente afetada pela luz solar. A temperatura é mais alta no lado próximo à luz solar, e mais baixo no lado ensolarado, no 24 ℃.

(3) A distribuição vertical da temperatura ao longo da seção está intimamente relacionada ao volume local de concreto, como a temperatura na junção da placa superior e da placa da alma, qual é a temperatura mais alta de toda a seção, em volta 40 ℃; A temperatura da placa inferior é a mais baixa, seguido por outras partes da placa abdominal, e então a temperatura da placa superior.