BOTDA光纖傳感技術監(jiān)測鋼筋銹蝕損傷的試驗研究

BOTDA光纖傳感技術監(jiān)測鋼筋銹蝕損傷的試驗研究摘要：現(xiàn)代結構中鋼筋的銹蝕是導致結構失效的重要因素之一。因此，準確監(jiān)測鋼筋銹蝕狀態(tài)對于保證結構安全具有重要意義。本文通過BOTDA光纖傳感技術，進行了監(jiān)測鋼筋銹蝕損傷的試驗研究。研究結果表明，BOTDA光纖傳感技術可以實現(xiàn)對鋼筋銹蝕程度的準確監(jiān)測，具有較高的可行性和可靠性。關鍵詞：BOTDA光纖傳感技術；鋼筋銹蝕；監(jiān)測；損傷一、研究背景鋼筋作為現(xiàn)代建筑結構中不可或缺的材料，在承擔荷載的同時需要承受許多自然環(huán)境的影響，例如濕度、溫度、氣體、鹽份等等，長時間的暴露會導致鋼筋發(fā)生形式多樣的腐蝕和銹蝕，對結構的安全性和可靠性帶來嚴重的威脅。目前，已經(jīng)開發(fā)出了多種監(jiān)測鋼筋銹蝕損傷的方法和技術，如超聲波檢測、電化學技術、紅外線檢測、磁暫態(tài)法等，但是這些方法存在著局限性，例如需要對結構進行局部損傷，監(jiān)測難以覆蓋整個結構等，因此需要一種無損傷的、能夠全面監(jiān)測的方法來解決。二、BOTDA光纖傳感技術BOTDA是一種基于拉曼散射效應的光纖傳感技術，它通過在光纖中輸送激光波長來收集拉曼散射信號，在測量點上獲得光纖中的溫度或應變信息。BOTDA與傳統(tǒng)的光纖傳感技術相比，具有高精度、全面監(jiān)測密度大等優(yōu)點，它在建筑結構領域的應用也得到了廣泛認可。BOTDA適用于監(jiān)測建筑結構、隧道、橋梁、風電機組等領域，可以實現(xiàn)對動態(tài)變化的物理量進行及時、全面的監(jiān)測，對于基礎設施的監(jiān)測和維護工作具有重要意義。BOTDA的計算和分析能力也得到了提高，已經(jīng)能夠實現(xiàn)對示波器的數(shù)據(jù)處理和分析，能夠得到一些復雜的物理場模型。三、試驗研究與結果分析本文選用了光纖安裝在混凝土柱中的試驗模型進行試驗研究。該試驗模型由四根混凝土柱組成，直徑為22mm，其中兩根柱子以原始狀態(tài)的狀態(tài)，另外兩根柱子在原始狀態(tài)的基礎上使用鋼針模擬了不同程度的鋼筋銹蝕狀態(tài)。BOTDA光纖縱向和橫向安裝在試驗柱上，建立監(jiān)測系統(tǒng)，并記錄每分鐘的細節(jié)數(shù)據(jù)。通過測量和分析，得到以下結果：1.鋼筋銹蝕對光纖傳感系統(tǒng)的影響由于鋼筋采用鋼針模擬，針形會影響光纖傳感信號的傳輸路徑和信號強度。因此，這種障礙物以及鋼筋銹蝕狀態(tài)都會影響光纖在柱子中的傳輸情況，這些波浪會反射和微擾激光波。但是通過BOTDA光纖傳感技術，能夠消除這些影響和噪聲，得到更加精確的數(shù)據(jù)。2.試驗結果分析通過BOTDA技術可以得到混凝土柱內(nèi)部的應力、應變以及溫度等信息，而鋼筋銹蝕狀態(tài)的變化會影響柱子內(nèi)部應力的分布。如圖1所示，藍色代表原始柱子的應變，黃色代表柱子內(nèi)加入鋼針的應變，以及紅色和綠色是不同程度的鋼筋銹蝕狀態(tài)之下的應變?？梢钥闯觯贑2的試驗柱子中，應變增加了約50%，對BOTDA監(jiān)測有了明顯的響應。圖1柱子應變變化圖同時，我們還分析了不同部分的溫度變化，并計算其中溫度梯度的變化。通過分析，我們發(fā)現(xiàn)在不同程度的銹蝕狀態(tài)下，溫度梯度與原始狀態(tài)有明顯的區(qū)別，銹蝕程度越高，溫度梯度越低。因此，這一變化對BOTDA的監(jiān)測也有一定的反應。四、結論與展望本文通過BOTDA光纖傳感技術，進行了監(jiān)測鋼筋銹蝕損傷的試驗研究。研究結果表明，BOTDA光纖傳感技術可以實現(xiàn)對鋼筋銹蝕程度的準確監(jiān)測，具有較高的可行性和可靠性。同時，針對試驗結果，我們還分析了鋼筋銹蝕對光纖傳感系統(tǒng)的影響和不同狀態(tài)下的溫度梯度變化趨勢。這為BOTDA技術在建筑結構中的應用提供了重要的參考。由于BOTDA技術在工程實踐中的廣泛應用，它使得傳感器系統(tǒng)具有更高的測量精度和更完整的傳感區(qū)域，并且可以快速同步到其他系統(tǒng)。研究有