分布式光纤应变监测是一种高精度、分布式的监测技术

一、土木工程领域
桥梁结构健康监测
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主跨应变监测:在大跨度桥梁的主跨部分,如悬索桥的主缆、斜拉桥的斜拉索和主梁,分布式光纤应变传感器可以沿着这些关键结构部件进行铺设。通过实时监测应变情况,能够精确捕捉到车辆荷载、风荷载、温度变化等因素引起的结构变形。例如,在强风天气下,桥梁主梁会产生较大的横向和竖向位移,光纤应变传感器可以及时检测到这种变化,评估桥梁结构的安全性。
桥墩和基础应变监测:桥墩是支撑桥梁上部结构的关键部位,其稳定性至关重要。在桥墩的混凝土结构内部或表面铺设光纤,可以监测桥墩在承受上部结构重量、水流冲击以及地震等作用下的应变情况。对于桥梁基础,如桩基础,也可以利用分布式光纤应变监测技术,通过检测桩身应变来判断桩基础的承载能力和稳定性,提前发现基础沉降或倾斜等潜在问题。
高层建筑结构监测
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主体结构应变监测:在高层建筑的混凝土柱、核心筒、梁等主要承重结构中安装分布式光纤应变传感器,能够实时监测建筑物在自身重力、风荷载、地震作用下的应变状态。例如,在高层建筑受到强风时,建筑物的迎风面和背风面会产生不同程度的弯曲变形,光纤应变监测系统可以精确测量这些变形对应的应变值,为评估建筑物的结构安全提供关键数据。
建筑沉降和倾斜监测:通过在建筑物基础周围和内部布置光纤应变传感器,可以间接监测建筑物的沉降和倾斜情况。当建筑物发生不均匀沉降或倾斜时,光纤传感器会检测到基础和周边土体之间的应变变化,从而实现对建筑物整体稳定性的监测。
隧道工程监测

衬砌结构应变监测:在隧道衬砌内部或表面安装光纤应变传感器,能够实时监测衬砌在周围岩土压力、地下水压力以及车辆行驶振动等因素作用下的应变状态。例如,在山区隧道施工后,由于山体岩土体的变形和压力变化,可能会导致隧道衬砌出现裂缝或变形,分布式光纤应变监测可以及时发现这些异常情况,为隧道的安全运营提供保障。
地层变形监测:将光纤应变传感器埋设在隧道周围的地层中,可以监测地层在隧道开挖过程中的变形情况。这有助于施工人员了解地层的稳定性,及时调整施工工艺和支护措施,防止地层坍塌等事故的发生。

二、能源领域
石油天然气开采监测

油井套管应变监测:在石油和天然气开采过程中,油井套管承受着巨大的地层压力和开采作业产生的各种力。在套管表面或内部安装分布式光纤应变传感器,可以实时监测套管的应变情况,及时发现套管的变形、损坏等问题。例如,当油井附近发生地层运动或注水开采导致地层压力变化时,套管的应变会发生改变,通过光纤监测系统可以提前预警套管破裂或泄漏的风险。
海上平台结构应变监测:对于海上石油开采平台,其结构长期受到海浪、海风、海冰(在寒冷海域)等恶劣海洋环境的作用。在平台的支撑腿、甲板结构等关键部位铺设光纤应变传感器,能够实时监测平台结构在海洋动力荷载作用下的应变变化,确保平台的安全性和稳定性。

管道运输监测
油气管道应变监测:长距离油气管道在穿越不同地质条件区域(如山区、河流、地震活动带等)时,容易受到地质灾害、第三方破坏等因素的影响。在管道表面或埋地管道周围的土壤中铺设光纤应变传感器,可以实时监测管道的应变状态,及时发现管道的弯曲、拉伸、挤压等变形情况。一旦管道应变超过安全阈值,系统可以快速发出警报,定位损坏位置,便于及时维修,防止油气泄漏。
热力管道应变监测:在城市集中供热系统的热力管道中,由于管道内介质温度较高,管道会因热胀冷缩产生变形。分布式光纤应变监测可以精确测量管道的应变情况,为管道的补偿装置(如补偿器)的合理设置和运行提供数据支持,确保热力管道的安全运行,避免因过度变形而导致管道破裂或泄漏。

三、交通运输领域

铁路轨道监测

轨道结构应变监测:在铁路轨道的钢轨、轨枕和道床中安装分布式光纤应变传感器,可以实时监测轨道在列车荷载、温度变化等因素作用下的应变情况。例如,高速列车通过时会对轨道产生巨大的冲击力,光纤应变监测系统能够精确测量轨道的动态应变,及时发现轨道的疲劳损伤、焊缝开裂等问题,为铁路的安全运营提供保障。
路基变形监测:将光纤应变传感器埋设在铁路路基中,可以监测路基在列车荷载、雨水渗透、地下水位变化等因素作用下的变形情况。这对于预防路基沉降、边坡坍塌等病害,确保铁路线路的平顺性和稳定性具有重要意义。
公路路面监测

路面结构应变监测:在公路路面的沥青层或水泥混凝土层中铺设光纤应变传感器,可以监测路面在车辆荷载、温度变化等因素作用下的应变情况。例如,重型卡车频繁行驶的公路路段,路面容易出现疲劳裂缝和永久变形,分布式光纤应变监测可以及时发现这些问题,为公路养护部门提供决策依据,合理安排路面维修和养护工作。

桥梁引道路基监测:对于公路桥梁的引道路基,由于与桥梁结构的刚度差异,容易出现桥头跳车现象。通过在引道路基中安装光纤应变传感器,可以监测路基的沉降和变形情况,为解决桥头跳车问题提供数据支持,提高公路行车的舒适性和安全性。

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