วิธีใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิตะแกรงไฟเบอร์ออปติกเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิของส่วนการก่อสร้างคอนกรีตกำลังสูงในสะพาน

เมื่ออุณหภูมิสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติเปลี่ยนแปลงไป, โครงสร้างสะพานคานกล่องคอนกรีตจะเกิดการเสียรูปและความเค้น, ซึ่งจะส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัย, ความทนทาน, และการประยุกต์โครงสร้างคอนกรีต. อุณหภูมิที่แท้จริงของโครงสร้างสะพานมีผลกระทบโดยตรงต่อความเป็นเส้นตรงและแรงภายในของสะพาน. ดังนั้น, จำเป็นต้องตรวจสอบอุณหภูมิที่แท้จริงของโครงสร้างสะพานในระหว่างขั้นตอนการก่อสร้างเพื่อให้สามารถเข้าใจผลกระทบของอุณหภูมิที่มีต่อผลการติดตามความเครียดของสะพานในระหว่างการก่อสร้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ.

ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์ (เอฟบีจี) เทคโนโลยีการตรวจจับสามารถเอาชนะข้อบกพร่องของเทคนิคการตรวจสอบแบบดั้งเดิม และตรงตามข้อกำหนดทางเทคนิคของการกระจาย, มีความแม่นยำสูง, ระยะไกล, และการติดตามโครงสร้างสะพานในระยะยาว. เนื่องจากมีการใช้แสงในการกระจายสัญญาณ, เซ็นเซอร์ไม่ได้รับผลกระทบจากเสียงรบกวนอีกต่อไป และมีฟังก์ชันป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและป้องกันความชื้นได้ดี, ซึ่งสามารถให้วิธีการและวิธีการขั้นสูงมากขึ้นสำหรับการวินิจฉัยสุขภาพและการตรวจสอบความปลอดภัยของโครงสร้างทางวิศวกรรมสะพาน. เนื่องจากเซ็นเซอร์ FBG ถูกฝังอยู่ในคอนกรีตเป็นครั้งแรกเพื่อการตรวจสอบภายใน 1992, การประยุกต์ในด้านวิศวกรรมโยธาได้รับการสำรวจและศึกษาอย่างกว้างขวางในประเทศจีน, ขยายจากการวิจัยเชิงทดลองไปสู่โครงสร้างทางวิศวกรรมเชิงปฏิบัติ เช่น สะพานและอุโมงค์. ในหมู่พวกเขา, การตรวจสอบความเครียดแบบเรียลไทม์ในระหว่างขั้นตอนการก่อสร้างสะพานดำเนินการโดยใช้เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสง, และบรรลุผลการวิจัยบางประการ. ในบทความนี้, เซ็นเซอร์ FBG รูปแบบใหม่พร้อมปลอกป้องกันสแตนเลสแบบฝังถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบอุณหภูมิความร้อนจากความชื้นของคอนกรีต C60 ของสะพานแบบเรียลไทม์หลังจากการเท. อุณหภูมิใยแก้วนำแสง เซ็นเซอร์ถูกฝังอยู่ในหน้าแปลน, แผ่นเว็บ, และแผ่นด้านล่างของส่วน. บทความนี้จะให้ข้อมูลเบื้องต้นโดยละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการติดตั้งและการตรวจสอบเซ็นเซอร์, ตรวจสอบประสิทธิภาพของสิ่งใหม่ เซ็นเซอร์อุณหภูมิใยแก้วนำแสง ภายใต้เงื่อนไขการก่อสร้างที่ซับซ้อน, และติดตามความแตกต่างและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิความร้อนจากความชื้นของแผ่นปิดคานกล่อง, แผ่นเว็บ, และแผ่นด้านล่างระหว่างการก่อสร้างในฤดูหนาว. เป็นข้อมูลอ้างอิงที่เกี่ยวข้องสำหรับการศึกษาสนามอุณหภูมิความร้อนของน้ำในการก่อสร้างคอนกรีต C60 สำหรับสะพานช่วงยาวพิเศษในสภาพแวดล้อมแบบภูเขาที่คล้ายกัน.

ภาพรวมโครงการ

สะพานตั้งอยู่ในพื้นที่ภูเขาที่มีภูเขาสูงหลายลูก, หุบเขาลึก, และภูมิประเทศที่สูงชัน. สภาพทางธรณีวิทยามีความซับซ้อนมาก, ด้วยสภาพอากาศที่ไม่แน่นอนและฝนตกมากเกินไป, ทำให้การก่อสร้างเป็นเรื่องยาก. ในเวลาเดียวกัน, คานสะพานหล่อแบบหล่อในโครงการเทด้วยคอนกรีตเกรดสูง C60, ฉีกแนวการใช้คอนกรีตเกรด C55 สำหรับสะพานประเภทเดียวกันแบบเดิมๆ. แม้ว่าความแข็งแรงของคอนกรีตจะเพิ่มขึ้นเพียง 5MPa เท่านั้น, มันเพิ่มความยากในการควบคุมและตรวจสอบการก่อสร้างคอนกรีตอย่างมาก. เพื่อติดตามผลกระทบของความร้อนจากความชื้นและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่เกิดจากคอนกรีต C60 ในระหว่างการก่อสร้างสะพานต่อความเครียดของสะพาน, เซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติกแบบฝังไว้ล่วงหน้าใช้เพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิระหว่างและหลังกระบวนการบ่มคอนกรีตแบบเรียลไทม์.

การตรวจสอบอุณหภูมิของคานกล่องโดยอาศัยการตรวจจับตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์

หลักการตรวจสอบอุณหภูมิโดยใช้เซนเซอร์ไฟเบอร์แบรกก์เกรตติง

เส้นใย Bragg ตะแกรง Bragg เกิดขึ้นจากเส้นใยเจือเจอร์เมเนียมโหมดเดี่ยวที่ถูกฉายรังสีด้วยแสงอัลตราไวโอเลตเพื่อสร้างเทคโนโลยีตะแกรง. เมื่อแกนเส้นใยของตะแกรงไฟเบอร์ Bragg อยู่ภายใต้อุณหภูมิภายนอกหรือความเครียด, ระยะห่างของตะแกรงจะเปลี่ยนไป, ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นของแสงสะท้อน. ตามทฤษฎีของการมีเพศสัมพันธ์แบบโหมด, เมื่อแสงบรอดแบนด์ผ่านตะแกรงไฟเบอร์ออปติก, ความยาวคลื่นเฉพาะของแสง (ความยาวคลื่น: แอล บี) จะสะท้อนกลับมา, ความยาวคลื่น แล B เป็นไปตามทฤษฎีบทของแบรกก์: 2.2 แผนภาพเค้าโครงเซ็นเซอร์. เนื่องจากแผ่นด้านบนกว้าง 12 ม, ซึ่งเป็นพื้นที่แสงแดดหลักและยังเป็นพื้นผิวการทำความร้อนและความเย็นหลักด้วย, 5 เซ็นเซอร์จะถูกกระจายออกไปในระยะทางเท่ากันเพื่อการตรวจสอบ, มีแผ่นท้องสองแผ่นและแผ่นด้านล่างหนึ่งแผ่น. รวมของ 8 เซ็นเซอร์อุณหภูมิมีหมายเลข S1-S8.

รูปแบบการเปลี่ยนแปลงของผลการตรวจวัดอุณหภูมิ

กฎการแปรผันของอุณหภูมิเฉพาะที่ของหน้าตัดตามเวลา

เวลาในการเทคอนกรีตของสะพานคือตอนกลางคืน, และการตรวจวัดอุณหภูมิจะเริ่มในเช้าวันรุ่งขึ้นหลังจากเทเสร็จแล้ว. เวลาในการติดตามเริ่มตั้งแต่เวลา 8.00 น. อุณหภูมิภายนอกของหลังคาสะพานคือ 2 ℃, และมีอากาศแจ่มใสถึงมีเมฆมาก. โดยมีระยะเวลาในการตรวจติดตามคือ 6 ชั่วโมง, และความถี่ในการสุ่มตัวอย่างคือ 2Hz. เซ็นเซอร์บนแผ่นด้านบนมีหมายเลข S1-S5, โดยมี S1 อยู่ทางด้านต้นน้ำและ S5 อยู่ทางด้านปลายน้ำ.

เนื่องจากความร้อนจากความชื้นที่เกิดจากคอนกรีต, แม้ว่าอุณหภูมิภายนอกภายนอกจะใกล้เคียงกันก็ตาม 0 ℃, หลังจาก 12 ชั่วโมง, อุณหภูมิหลังคาสะพานยังคงใกล้เคียงกัน 31 ℃. โดยปรับกราฟอุณหภูมิเวลาประวัติให้เหมาะสม, สังเกตได้ว่าอุณหภูมิจะลดลงเป็นเส้นตรงตามเวลา. S2 อยู่ที่แผ่นด้านบน, และความหนาของแผ่นบนของบล็อค 12 คือ 45 ซม. สังเกตได้ว่าอุณหภูมิของแผ่นด้านบนลดลงค่อนข้างเร็ว, โดยมีความชันเชิงเส้นพอดีที่ -7.3484, แสดงว่าอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเมื่อเวลาผ่านไป. ภายใน 6 ชั่วโมง, อุณหภูมิลดลงจาก 27.5 ℃ถึง 25.0 ℃, และอุณหภูมิก็ลดลงด้วย 2.5 ℃.

กฎการแปรผันของการกระจายอุณหภูมิหน้าตัดตามยาวและตามขวาง

เมื่อเทียบกับสภาพอากาศในพื้นที่ภูเขา, มีลมค่อนข้างแรงในหุบเขาแม่น้ำ, ซึ่งมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการกระจายความร้อนของความชื้นในคอนกรีต. ดาดฟ้าของสะพานว่านหลงซานคือ 12 กว้างเมตร, และความแตกต่างของอุณหภูมิหลังคาจะได้รับผลกระทบจากแสงแดดและทิศทางลม. ตอนนี้ให้เปรียบเทียบอุณหภูมิการตรวจสอบของเซ็นเซอร์ทั้งห้าตัวบนแผ่นด้านบนในแนวนอน, และผลการเปรียบเทียบจะแสดงดังรูป 4. สังเกตได้ว่าแผ่นด้านบนตามแนวแนวนอนมีความแตกต่างกันของอุณหภูมิอย่างมีนัยสำคัญ. อุณหภูมิของแผ่นด้านบนปลายน้ำ (เอส4 และ เอส5) จะสูงกว่าแผ่นด้านบนต้นน้ำ, โดยมีความแตกต่างสูงสุดประมาณ 5.0 ℃. ซึ่งบ่งชี้ว่าการกระจายอุณหภูมิของแผ่นปิดด้านบนมีความแตกต่างกันอย่างมาก. สาเหตุหลักก็คือด้านท้ายสะพานโดนแสงแดดเป็นครั้งแรก, ในขณะที่ด้านต้นน้ำของสะพานเป็นด้านที่มีแสงแดดส่องถึง.

เปรียบเทียบอุณหภูมิของแผ่นด้านบน, แผ่นเว็บ, และแผ่นด้านล่างตามยาว, จากผลการเปรียบเทียบจะเห็นได้ว่าอุณหภูมิของแผ่นด้านล่างอยู่ที่ 25 ℃, อุณหภูมิของแผ่นด้านบนคือ 31.0 ℃, และอุณหภูมิสูงสุดที่จุดเชื่อมต่อของแผ่นใยและแผ่นด้านบนคือ 38.0 ℃. แนวโน้มการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะเห็นได้ว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของแผ่นด้านบนและด้านล่างเกือบจะเท่ากัน. เส้นโค้งประวัติเวลาอุณหภูมิของ S1 และ S6 เกือบจะขนานกัน, และอุณหภูมิก็ค่อยๆ ลดลง, ในขณะที่ S8 โดยพื้นฐานแล้วอยู่ในสถานะเสถียร.

โดยใช้เซนเซอร์วัดอุณหภูมิตะแกรงไฟเบอร์ออปติกแบบฝัง, ดำเนินการตรวจสอบอุณหภูมิของการเทคอนกรีตกำลังสูง C60 แบบเรียลไทม์ในระหว่างขั้นตอนการก่อสร้างสะพาน. เนื้อหาการตรวจสอบหลักคือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของแผ่นด้านบน, แผ่นเว็บ, และแผ่นด้านล่าง, โดยมีระยะเวลาในการตรวจติดตามอยู่ที่ 6 ชั่วโมง.

ข้อสรุปหลักๆก็คือ: (1) ภายใน 12 ชั่วโมงหลังจากการเทคอนกรีต, เมื่ออุณหภูมิภายนอกของสะพานอยู่ที่ 0 ℃, อุณหภูมิที่เกิดจากความร้อนจากความชื้นภายในสะพานสามารถเข้าถึงได้สูงสุด 40 ℃, อุณหภูมิแผ่นด้านบนอยู่ที่ประมาณ 30 ℃, อุณหภูมิแผ่นด้านล่างประมาณ 24 ℃, อุณหภูมิที่ทางแยกของแผ่นใยและแผ่นด้านบนคือ 40 ℃, และอุณหภูมิในส่วนอื่นๆ ของแผ่นใยจะใกล้เคียงกับอุณหภูมิของแผ่นด้านล่าง, ซึ่งก็คือ 24 ℃.

(2) มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในการกระจายอุณหภูมิแผ่นด้านบนในแนวนอนสำหรับสะพานคอนกรีตช่วงใหญ่ที่สร้างขึ้นในพื้นที่ภูเขา. อุณหภูมิที่แตกต่างกันของแผ่นด้านบนของสะพานอยู่ที่ประมาณ 5 ℃, และอุณหภูมิของแผ่นด้านบนได้รับผลกระทบอย่างมากจากแสงแดด. อุณหภูมิจะสูงสุดทางฝั่งใกล้แสงแดด, และต่ำสุดในด้านที่มีแดดจัด, ที่ 24 ℃.

(3) การกระจายอุณหภูมิในแนวตั้งตามหน้าตัดมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับปริมาตรคอนกรีตในท้องถิ่น, เช่นอุณหภูมิที่ทางแยกของแผ่นด้านบนและแผ่นเว็บ, ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่สูงที่สุดของทั้งภาค, รอบๆ 40 ℃; อุณหภูมิของแผ่นด้านล่างต่ำสุด, ตามด้วยส่วนอื่นๆ ของแผ่นหน้าท้อง, แล้วตามด้วยอุณหภูมิของแผ่นด้านบน.

เซ็นเซอร์อุณหภูมิไฟเบอร์ออปติก, ระบบตรวจสอบอัจฉริยะ, จำหน่ายผู้ผลิตใยแก้วนำแสงในประเทศจีน