[发明专利]一种基于长标距光纤光栅传感器的索结构监测方法

说明书

技术领域

本发明属于结构健康监测技术领域，特别涉及一种基于长标距光纤光栅传感器的索结构监测方法。

背景技术

根据有关资料显示，截至2014年年底，我国公路桥梁总数已达75.71万座，4257.89万延米。其中，特大桥梁3404座、610.54万米，大桥72979座、1863.01万米。据统计，其中各类危桥数量达7.96万座，约占桥梁总数的10.5％，桥梁健康状况严峻。长达跨桥梁常采用斜拉桥、悬索桥、系杆拱桥等结构形式,在其中桥梁拉索是大跨桥梁结构体系中的关键受力构件。例如，2001年宜宾南门大桥发生悬索及桥面断裂事故，事故是由连接拱体和桥面预制板的4对8根钢缆吊杆断裂引起；2012年新疆孔雀河大桥的倒塌也是因主跨第2根吊杆发生断裂引起的。桥梁结构中拉索的安全需要特别的关注。

结构健康监测技术利用传感技术、信号处理技术等各种技术对重大工程结构进行实时监测，有效的提高了重大工程结构的防灾减灾能力和智能化管养水平。现阶段针对索的监测主要是在索力的监测，方法主要有油表读数法、波动法、磁通量法、振动频率法等。其中，振动法测索力广泛应用于索结构的施工控制和健康监测。但是现阶段很少有对单根索进行全面的监测和损伤识别的方法。索的损伤一般是钢丝锈蚀损伤、钢丝断裂、疲劳破坏等，索力的变化是索发生严重损伤后的内力重分布，针对索力的监测不能发现拉索早期的损伤，因此需要对索结构进行全面的监测来了解索的健康状况。

传统的传感器只能实现监测结构的某一些特定的参数，但是总有一些不足之处。常见的整体传感器包括加速度计、位移计、倾角仪等，利用这些传感器可以实现对结构加速度、位移、转角、结构频率等宏观指标的监测和识别，但结构的宏观指标难以进行有效的结构损伤识别。常见的局部传感器包括应变计、裂缝计、腐蚀仪等，可以实现对结构细节部位的监测，但它们包括最先进的光纤FBG传感器都属于点式传感器，它们相对于规模庞大的土木工程结构来说过于局部，很难有效地捕捉损伤。这些点式传感器只有正好粘贴在结构的损伤部位(如裂缝处)的时候，才能显示出异常的监测值，而一般情况下结构损伤部位未知。大型的桥梁一般安装健康监测系统，用一整套的传感器布置监测桥梁结构。但是索结构具有长度长、截面小的特点，对单一的索结构迫切需要单一传感器能得到各种不同层次结构参数并能够进行损伤早期判断的传感器。

因此，本发明所要解决的技术问题是基于长标距光纤光栅传感器的索结构健康监测，包括能够在索结构上实现快速安装的索夹开发；开发的长标距光纤光栅传感器采用长标距传感单元及其串联形成的传感网络覆盖损伤可能发生的结构关键位置和影响区域，所输出的区域分布应变与位移、转角、荷载等有直接关系，具有高性能、分布式、联系结构宏微观参数的特点。基于一种传感器对索结构进行一专多能的全面监测的信号处理技术的开发，可实现对索结构的全面监测与评估。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于长标距光纤光栅传感器的索结构监测方法，将长标距光纤光栅传感器应用于索结构监测中，开发新的柔度识别技术及建立结构识别技术流程，实现对索结构的一专多能的监测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于长标距光纤光栅传感器的索结构监测方法，包括以下步骤：

步骤一，布置健康监测系统：利用索夹在索结构上布置健康监测系统，所述的健康监测系统由多个设置于索结构的长标距光纤光栅传感器组成，通过信号采集系统采集健康监测系统监测到的索结构的应变信号；

步骤二，振动测试：采用力锤锤击索结构上布置有长标距光纤光栅传感器的节点位置处；

步骤三，信号采集与参数识别：信号采集系统采集振动测试中的冲击力信号和长标距应变时程；基于子空间识别算法识别系统矩阵，进而识别索结构多层次的参数，参数包括：频率、阻尼、应变阵型、位移阵型、应变柔度、位移柔度；

步骤四，利用识别的频率进行索力的识别，根据识别的应变柔度定位索结构的损伤。

步骤一中，通过索夹将长标距光纤光栅传感器在索结构上安装锚固，所述索夹包括两个相同形状的弧线型套环，其两边为直线形，中间为弧形，所述的两个弧线型套环上分别设置有两个楔形凹槽，所述的楔形凹槽采用变刚度设计，所述的楔形凹槽内嵌有楔形块，所述的楔形块纵向尺寸比凹槽的深度大2mm，且楔形块的底端中部设置有一个直径为2mm的圆槽，所述圆槽用于将长标距光纤光栅传感器的锚固段卡在圆槽内并采用粘接的方法固定在圆槽内，且圆槽长标距光纤光栅传感器也采用变刚度设计；两个弧线型套环两端分别设置有两个螺栓孔，并通过螺栓固定。