CN103673911A - 基于botda的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BOTDA的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法，是将一对竖直钢筋与相当于管桩圆周的1/4圆弧的弧形钢筋上连接形成载体钢筋；在载体钢筋上的开槽，槽内埋设传感光纤并填充环氧树脂；将一对埋设光纤的载体钢筋埋入现浇混凝土大直径管桩内；利用BOTDA方法从传感光纤的两端注入短脉冲光和连续探测光，通过测量传感光纤中受激布里渊散射光的频率变化，获得传感光纤轴向各点的应变信息。本发明的监测方法具有施工布线简单、抗干扰和精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基础结构的试验方法，具体涉及一种基于BOTDA的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法。
背景技术
现浇混凝土大直径管桩是最近几年发展起来的一种新的桩型，由于通过扩大桩径从增大侧摩阻力，管桩的环形截面在混凝土消耗量上相比其他桩体有优势，单桩承载力高，在相同承载力的要求下，经济效益最好，兼具刚性桩的加固效果优势和柔性桩的加固成本优势。另外现浇混凝土大直径管桩节约桩体运输、沉桩等成本，穿土层能力较强，现浇混凝土大直径管桩所具有的优越的工程性能和相比同类桩价格低廉的优势，是一种适应我国国情的好桩型。在交通工程、水利工程、港口工程及工业与民用建筑工程等领域中有重要的推广应用价值。目前对现浇混凝土大直径管桩桩身应变的监测仍多采用电式应变片监测。由于应变片安装和布设操作复杂，成活率低，不能采集到桩身应变连续的数据，同时如果应变片埋入桩身过多，必须沿桩身导出多条应变片数据线，这样会影响到现浇混凝土大直径管桩的整体性和强度，应变片连接线过多，也易打结。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于BOTDA的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的基于BOTDA的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法，包括以下步骤：
1）制作载体钢筋，包括水平设置的弧形钢筋和并行设置的一对竖直钢筋，所述一对竖直钢筋的底端分别与弧形钢筋的两端固定连接，所述弧形钢筋的轮廓为管桩圆周的1/4圆弧；
2）在载体钢筋的表面开连续的凹槽，将传感光纤连续敷设于凹槽中，用胶水将传感光纤固定在凹槽内，传感光纤的两端分别从一对竖直钢筋的顶部伸出，用环氧树脂将凹槽填充、抹平；
3）在现浇混凝土大直径管桩浇筑时，将一对经步骤2）处理的载体钢筋对称地埋入现浇混凝土大直径管桩内；
4）将光纤数据采集仪连接到两组传感光纤的两端组成两个独立的测量回路，分别从传感光纤的两端注入短脉冲光和连续探测光，通过测量传感光纤中受激布里渊散射光的频率变化，获得传感光纤轴向各点的应变信息；
5）在现浇混凝土大直径管桩受竖向受荷载前后的测量结果之差，得到该压力增量作用下的桩身应变值。
作为优选，所述载体钢筋是直径10mm的光圆钢筋。
作为优选，所述凹槽的槽深为2mm。
作为优选，所述传感光纤为0.9mm单模传感光纤。
作为优选，所述传感光纤的端部套有保护套管。
作为优选，还包括步骤6）沿现浇混凝土大直径管桩的桩长任意横截面，通过采集的四个对称点上的传感光纤监测数据，判断现浇混凝土大直径管桩是否存在缺陷或镂空等情况
使用时，利用光纤与桩身混凝土的变形同步变化特点，现浇混凝土大直径管桩受到竖向荷载时，通过光纤数据采集仪采集光纤监测数据，根据现浇混凝土大直径管桩桩身应变光纤监测值，结合钢筋混凝土的弹性模量和桩径等参数，推算出现浇混凝土大直径管桩的变形和受力。
有益效果：本发明通过在现浇混凝土大直径管桩安装钢筋与分布式传感光纤，使其能够与混凝土协调同步变形，从而实现对桩身应变进行连续性监测，同时不影响混凝土桩的强度和结构性。而且光纤的接线少、施工布线简单、成本低。光纤置入槽中并被环氧树脂所保护，防水耐腐蚀，成活率高，能够在各种恶劣的环境中工作。而且具有较高的抗电磁、抗高电压等抗外界干扰能力。而BOTDA光纤监测方法具有测试精度高、漂移小和稳定性好等特点。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1中竖直钢筋的剖面图；
图4为图1中传感光纤端部的剖面图。
具体实施方式
实施例：本实施例中监测的现浇混凝土大直径管桩如图1所示，包括桩身1，在桩身1的现浇混凝土内埋设有一对载体钢筋，载体钢筋包括相互连接的弧形钢筋2和一对竖直钢筋3。如图2所示，一对载体钢筋对称地设置于桩身1内，其竖直钢筋3的顶部位于桩身1的顶部。如图3所示，传感光纤4固定弧形钢筋2上开设的凹槽内，凹槽内还填充有环氧树脂5。如图4所示，传感光纤4的端部套有保护套管6。
使用时，本实施例的基于BOTDA的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法包括以下步骤：
1）制作载体钢筋，包括水平设置的弧形钢筋和并行设置的一对竖直钢筋，一对竖直钢筋的底端分别与弧形钢筋的两端固定连接，弧形钢筋的轮廓为管桩圆周的1/4圆弧，即弧形钢筋的中心角为45゜。竖直钢筋选用一级10mm的光圆钢筋，且含碳量低，长度与桩长相等，数量四根；另外准备两根长度为1/4桩周长的弧形钢筋；载体钢筋连接时，弧形钢筋水平放置，另两根钢筋垂直放置，焊接成型。
2）在载体钢筋的表面开连续的凹槽，将传感光纤连续敷设于凹槽中，用胶水将传感光纤固定在凹槽内，传感光纤的两端分别从一对竖直钢筋的顶部伸出，用环氧树脂将凹槽填充、抹平。传感光纤长选用0.9mm单模传感光纤，要求其长度为桩长的两倍加桩径，再外放2m的长度，以确保接线顺利，方便测量。在开好的凹槽中埋入传感光纤，微受力，每隔1.5m用胶水固定，以确保传感光纤更好的附着在载体钢筋内；待胶水风干后用环氧树脂填充，并进行平滑处理，环氧树脂是一种液型，双组份、软性自干型软胶，无色、透明、具有弹性，轻度划擦表面可自行恢复原形，待环氧树脂凝固后即可使用。
3）在现浇混凝土大直径管桩浇筑时，将一对经步骤2）处理的载体钢筋对称地埋入现浇混凝土大直径管桩内，要求弧形钢筋距桩底约为10cm，将一对竖直钢筋的顶部伸出的传感光纤端头***保护套管中，要求保护套管内径与传感光纤外径空隙在适度范围内，保护套管选用塑料软管或其他材料柔性细管，具有一定的柔性和强度。
4）将光纤数据采集仪连接到两组传感光纤的两端组成两个独立的测量回路，分别从传感光纤的两端注入短脉冲光和连续探测光，通过测量传感光纤中受激布里渊散射光的频率变化，获得传感光纤轴向各点的应变信息。测量初值前需要对传感光纤重新标定。
5）在现浇混凝土大直径管桩受竖向受荷载前后的测量结果之差，得到该压力增量作用下的桩身应变值。利用光纤数据采集仪采集数据，竖向受到荷载后，两次测量结果之差为在该压力增量作用下的桩身的应变值。
6）沿现浇混凝土大直径管桩的桩长任意横截面，通过采集的四个对称点上的光纤监测数据，判断现浇混凝土大直径管桩是否存在缺陷或镂空等情况。
BOTDA的基本原理是：传感时，在光纤的两端分别注入泵浦光和探测光，当泵浦光与探测光的频率差与光纤中的某个区间的布里渊移频相等时，该区域就会发生受激布里渊增益效应，两束光之间发生能量转移。当对两束激光的频率进行连续的调节，通过监测从光纤一端耦合出来的连续光的功率，就可以确定光纤各小区间上能量转移达到最大时的频率。频率偏移量的变化与光纤所受的轴向应变变化呈较好的线性关系，BOTDA利用这一线性关系实现光纤上各处应变的监测。理论上最大空间分辨率为5cm，应变最高分辨率为5uε，满足工程需求。BOTDA作为新型的光纤传感监测技术，具有光纤传感器安装过程施工工艺简单，能够与现浇混凝土大直径管桩混凝土协调变形，且测量精度高、成活率好、防水性能好等优点，避免了传统应变片的安装方法困难且成活率不高的弊端，实现了现浇混凝土大直径管桩桩身应变的精细化监测。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种基于BOTDA的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）制作载体钢筋，包括水平设置的弧形钢筋和并行设置的一对竖直钢筋，所述一对竖直钢筋的底端分别与弧形钢筋的两端固定连接，所述弧形钢筋的轮廓为管桩圆周的1/4圆弧；
2）在载体钢筋的表面开连续的凹槽，将传感光纤连续敷设于凹槽中，用胶水将传感光纤固定在凹槽内，传感光纤的两端分别从一对竖直钢筋的顶部伸出，用环氧树脂将凹槽填充、抹平；
3）在现浇混凝土大直径管桩浇筑时，将一对经步骤2）处理的载体钢筋对称地埋入现浇混凝土大直径管桩内；
4）将光纤数据采集仪连接到两组传感光纤的两端组成两个独立的测量回路，分别从传感光纤的两端注入短脉冲光和连续探测光，通过测量传感光纤中受激布里渊散射光的频率变化，获得传感光纤轴向各点的应变信息；
5）在现浇混凝土大直径管桩受竖向受荷载前后的测量结果之差，得到该压力增量作用下的桩身应变值。
2.根据权利要求1所述的基于BOTDA的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法，其特征在于：所述载体钢筋是直径10mm的光圆钢筋。
3.根据权利要求1所述的基于BOTDA的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法，其特征在于：所述凹槽的槽深为2mm。
4.根据权利要求1所述的基于BOTDA的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法，其特征在于：所述传感光纤为0.9mm单模传感光纤。
5.根据权利要求1所述的基于BOTDA的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法，其特征在于：所述传感光纤的端部套有保护套管。
6.根据权利要求1所述的基于BOTDA的现浇混凝土大直径管桩桩身应变监测方法，其特征在于：还包括步骤6）沿现浇混凝土大直径管桩的桩长任意横截面，通过采集的四个对称点上的传感光纤监测数据，判断现浇混凝土大直径管桩是否存在缺陷或镂空等情况。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140326 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |