光纤传感器对土木工程的应用
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摘要:以往在土木工程和建筑方面受力毁坏的工程因为无法得到精确的力学数据而得不到进一步的研究，本文简单介绍光纤传感技术的发展史，由此引入光纤传感技术对土建带来的深远影响。现如今随着社会科学技术的发展，光纤传感技术得到了很好的发展，可以利用通过很好地利用光纤传感技术对道路桥梁和建筑工程进行实时监测，对理论分析有着重要意义。
随着科技的发展，在当今社会出现越来越多的大型、特大型工程，这些工程在人们的日常生活中带来了巨大的方便的同时也承担着巨大的安全风险。所以对这些工程的安全性、可靠性、稳定性要进行全方位的监测，把安全隐患降低到最小，做到防患于未然，保障人民的生命财产安全。光纤传感技术可以对结构的整体性和受力进行实时监测，而且可以进行设备的控制。光纤传感技术在我国应用在土木工程和建筑项目的工程案例还不是很多。一方面是由于我国相对于西方欧美发达国家在光感技术方面发展较晚，科技不成熟的原因;另一方面是由于光感核心技术被西方大的科技公司垄断，卖给中国的光纤技术设备的价格过高。
1光纤传感器的发展
在1989年美国布朗大学的Mendez等人首次将光纤传感器埋入混凝土结构中进行安全监测，接着欧美等发达国家的一些学者开始将这一高新技术用在了建筑工程的研究，并取得了很好的成果［1］。为了检测应力分布，Hendriek等［2］人把单模光纤埋入混凝土和土壤的飞行跑道上。美国多伦多大学Measure等人在1993年建于Calgurg市的世界首座预应力碳纤维高速公路桥上埋人Bragg光栅传感器，并对其内部的应力变化状况进行了监测。Wolff和Miesseler［3］在一座53米长的桥梁上将光纤传感器埋入桥面内，测量了延伸率和拉应力。光纤延伸率的测量揭示了桥梁内温度和蠕变的影响因素。美国Vermont大学的Hustin．Fuhr等人在该校的一栋6000m2大楼的建造过程中埋人光纤传感器，用来监测结构的安全状况。他们还在一些人行天桥、州际公路桥、铁路桥及大坝中埋人光纤传感器，监测其应力应变、结构振动、结构损伤程度、裂纹的发生与发展等内部状态，取得了较好的测试效果。在国内，这项新技术也被应用于许多重要工程。上海紫珊公司将光纤光栅传感器成功应用于上海卢浦大桥［4］。香港理工大学的研究人员设计和建立的光纤光栅传感网络用于香港青马大桥［4］。三峡工程中也使用了分布式光纤传感器监测裂缝和大体积混凝土的温度。另外，在古洞口面板堆石坝和重庆鱼跳电站混凝土面板堆石坝中均应用了分布式光纤传感器监测坝体裂缝［5］。
2光纤传感器在土建工程中的应用［6－7］
因为混凝土具有徐变特性，刚浇筑的混凝土收缩量大导致许多传感器都不能检测混凝土的收缩应变，但是光纤传感器可以。建筑工程实体在建筑过程中埋设光纤传感器可以对结构内部的应力、应变进行实时监测，并且可以方便的确定受损部位的位置及混凝土强度的非破坏性测量。并且可以通过在建筑实体的关键部位铺设光纤传感器来监测混凝土中裂缝、钢筋、空洞发展变化情况。目前光感技术也运用到了建筑结构的基坑中。由于光纤传感器在埋入时混凝土的固化、振捣等原因导致光感器失灵，所以在实际操作上有待进一步的研究。光纤传感器在土木工程中对结构的监测变得越来越活跃，实测得出的数据对道路桥梁等工程的维护、安全有重要的作用。铺设的光感器和裂缝方向有接触，在不需知道裂缝方向的前提下，可以通过计算对形成裂缝的原因进行详细分析。在大体积混凝土浇筑时释放大量的热，光纤温度传感器可以检测混凝土内部的温度，可以实时监测控制温度预防温度裂缝的产生。光纤感温传感器因其具有较高的灵敏度，不受电磁干扰，长久的耐用性以及较精准的定位性等优点被应用在隧道的消防安全保护工作中［7］。光纤气体传感器可以对对空气中气体进行检测。在沥青路面铺设光纤光栅得到的应力应变波形图通过模拟与实测对比可以进一步的对沥青路面的病害进行研究。
3结论
光感技术已发展20年有余，在很多的领域都发挥了重要的作用，但是在工程应用领域特别是国内，传感器还处于初步的研究和开发阶段，其自身的技术、材料、耐久性、准确性以及造价等一些问题有待解决。尽早的让光纤技术成熟化和商业化对现代社会的建筑、公路、桥梁等的研究有巨大的帮助。使用光纤传感技术可以对桥梁、公路、建筑等进行长期检测，进而可以有效地降低安全事故的发生，有效的保障人民的生命财产安全;也可以合理地分析各方面的病害对工程实体造成影响的原因。未来越来越多的智能技术会应用到土建工程中来，光纤传感技术在土建工程中拥有较为广阔的前景，它不仅可以给土建工程检测带来全新的发展方向，而且也具有重大的科学意义和社会效益。
参考文献
［4］武林，潘文娜，殷宗敏，等．光纤光栅的应用研究［J］．光纤与电缆及其应用技术，2005(1):6－10．
［5］蔡德所．光纤传感技术在大坝工程中的应用［M］．北京:中国水利水电出版社，2002．
［6］薛伟辰，郑乔文．光纤传感器在建筑工程中的应用研究［J］．建筑技术，2006，37(11):833－835．
［7］康明．光纤感温探测技术在隧道消防保护中的应用［J］．山西建筑，2004，34(16):308
作者：王冲 单位：山东科技大学土木与建筑学院
