3/05/2021，裂縫早期檢測對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的維護(hù)至關(guān)重要。本研究將光纖植入鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行足尺地下連續(xù)地下連續(xù)墻-腰梁-支撐接頭試驗(yàn)。而武漢昊衡科技的OFDR分布式OSI-S光纖傳感系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的連續(xù)應(yīng)變測量，傳感長度：100m，空間分辨率最小1mm，應(yīng)變測量精度：±1με ，該產(chǎn)品能分析應(yīng)變分布結(jié)果獲得裂縫的產(chǎn)生和位置，與試驗(yàn)過程中觀察到裂縫一致，這證實(shí)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部布設(shè)光纖，可以實(shí)現(xiàn)混凝土表面裂縫監(jiān)測。此外，對比不同位置光纖的應(yīng)變測量結(jié)果，能夠識別裂縫發(fā)展的方向和深度。

測試裝置和加載方式
   光纖安裝在支撐內(nèi)部鋼筋中，支撐是鋼筋混凝土制成的地下連續(xù)地下連續(xù)墻-腰梁-支撐接頭的一部分(見圖1)。液壓作動器對橫向支撐的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)垂直向下施力，加載從120kN開始，直到約2600kN時結(jié)束。 



測試鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和光纖傳感器
   圖1和圖2顯示地下連續(xù)墻-腰梁-支撐接頭的尺寸以及支撐中鋼筋和光纖的位置。0.9毫米緊護(hù)套光纖粘貼到鋼筋的凹槽，在鋼筋的兩端留下過渡區(qū)和未粘膠部分，鋼筋長度為2米，全粘膠部分為1.6米，是“有效測量長度”。在過渡區(qū)外，光纖被放入橡膠套管(藍(lán)色)中，在混凝土澆筑過程中保護(hù)光纖。圖3顯示光纖傳感器布設(shè)方式。在支撐頂面和側(cè)面各布設(shè)3根光纖，總共6條測量線串連，光纖在頂部的總長度為23米，在側(cè)面為30米。
 


鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)失效
   圖4顯示了力-端部豎向位移關(guān)系曲線、力-最大裂縫寬度曲線和加載的最終破壞狀態(tài)。為方便結(jié)果分析定義漂移率(端部豎向位移除以支撐長度)，特征點(diǎn)的最大漂移率和裂縫寬度也進(jìn)行了一一對應(yīng)。由圖可知，第一條裂縫C1在0.1%漂移率時出現(xiàn)，隨后當(dāng)漂移率達(dá)到0.5%時出現(xiàn)了許多小裂縫(C2~C6)，過程中觀察最大裂縫寬度顯著增加，達(dá)到約0.4毫米(由裂縫寬度測量儀獲得)。



   力-端部豎向位移曲線顯示該結(jié)構(gòu)0.5%漂移率前(1007.1 kN)是近似線性彈性行為，隨后是剛度逐漸下降的幾個階段(分別由藍(lán)色、紅色和品紅色實(shí)線)，在4.8%漂移率時達(dá)到2628 kN最大荷載。在1.5%漂移率時，腰梁中第八條裂縫C8被捕獲，該處測得最大裂縫寬度約1.2毫米。隨著變形增加，由于載荷下降，測試以5.4%漂移率終止，受壓側(cè)混凝土被壓碎。 

鋼筋應(yīng)變分布和頂部裂縫分布
   圖5(a)是0.15%漂移率時支撐和腰梁混凝土表面的裂縫分布。觀察到C1在0.1%漂移率時出現(xiàn)，位于腰梁和支撐之間的交叉處，距離光纖傳感器起點(diǎn)0.3米。C2第二條裂縫在0.15%漂移率時出現(xiàn)，距離C1 0.45米。 



   圖5(b)~(d)是頂部縱向植入鋼筋內(nèi)光纖A、B和C的應(yīng)變測量結(jié)果。當(dāng)加載量較低(120kN)時，應(yīng)變分布相當(dāng)平滑，表明很少或沒有顯著開裂；隨著載荷增加，在所有應(yīng)變分布中都出現(xiàn)尖峰，這與觀察到C1和C2裂縫位置一致�？梢缘贸鼋Y(jié)論，應(yīng)變分布中尖峰表示裂縫位置。OSI測量系統(tǒng)在約240kN較低載荷時檢測到早期開裂(C1)，在300kN載荷時，早期開裂變得明顯。研究表明，光纖植入鋼筋方案，應(yīng)變分布可精確定位混凝土表面裂縫。與先前報道的混凝土表面布設(shè)光纖方案測量結(jié)果相似。
 


   圖6(a)顯示觀察的新裂縫C3~C6的產(chǎn)生和位置。在0.3%漂移率時支撐上觀察到裂縫C3~C5，在0.45%漂移率時C6出現(xiàn)在腰梁上。圖6(b)~(d)中應(yīng)變曲線可以很容易地識別以上裂縫。C6裂縫位于傳感光纖段邊緣，因此無法識別。

鋼筋應(yīng)變分布和側(cè)向裂縫分布
   圖7(a)顯示1.1%漂移率時混凝土側(cè)面的裂縫，它反映彎曲和剪切的綜合作用。圖7(b)~(d)是植入鋼筋內(nèi)光纖D、E和F的應(yīng)變測量結(jié)果。F中應(yīng)變尖峰顯示C2~C5 4個裂縫，而鋼筋E僅捕獲到3個尖峰。此外，E和F中的裂縫C2和C3與裂縫C2和C4之間的距離變化顯示裂縫發(fā)展有輕微左移趨勢，這與目測結(jié)果比較符合。另外，位于支撐底部鋼筋D和遠(yuǎn)離支撐支撐側(cè)的1/3部分鋼筋呈現(xiàn)壓縮應(yīng)變。 



結(jié)論
1、光纖植入鋼筋方案與先前報道的混凝土表面布設(shè)光纖方案，應(yīng)變測量結(jié)果相似�？赏ㄟ^應(yīng)變曲線中的尖峰識別裂縫的產(chǎn)生和位置。
2、在低載荷或變形條件下更容易識別裂縫，在較高載荷水平下識別裂縫難度增加。
3、合理布置光纖，可以捕捉裂縫發(fā)展路徑，實(shí)現(xiàn)對裂縫方向和深度的識別。

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