混凝土結(jié)構(gòu)裂縫難以從理論上準確預測，OFDR分布式光纖技術(shù)具有高空間分辨率，可實現(xiàn)混凝土裂縫的分布式、實時、連續(xù)監(jiān)測的需求。該試驗基于OFDR光頻域反射技術(shù)，借助混凝土梁模型試驗，研究了該技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)開裂辨識和發(fā)展狀況監(jiān)測上的應用。
混凝土小梁試件截面尺寸為120mm×160mm，長1800mm?；炷翉姸鹊燃塁30，鋼筋采用HRB335級，底部受拉筋12mm，架立筋8mm，箍筋φ6@100，保護層厚度25mm。在小梁底部受拉面對稱布設2根1m長、0.9mm高傳遞緊包護套光纜，兩根光纜間距3cm，使用環(huán)氧樹脂膠黏貼，連接OSI-S應變解調(diào)儀。
圖1 試驗方案（a）實物圖；（b）示意圖
受力方式為四點受彎，純彎段長600mm試驗方案如圖1所示。試驗開始前使用OSI-S監(jiān)測光纜應變記錄為初始數(shù)據(jù)，架設分配梁及千斤頂后記為一級荷載，隨后每級荷載增加2kN，直至混凝土梁開裂破壞。使用OSI-S監(jiān)測每級荷載下光纜應變值，裂縫測寬儀記錄每級荷載下裂縫寬度。
圖2 混凝土梁底面開裂圖
試驗結(jié)束時，混凝土梁受拉面共產(chǎn)生10條裂縫，其中有四條較大裂縫如圖2所示。各級荷載下兩根光纜的應變數(shù)據(jù)如圖10、11所示，光纜一和光纜二均出現(xiàn)10個應變波峰，波峰位置與實際的裂縫位置幾乎重合。
圖3 光纜一各級加載應變圖
將分配梁放置在小梁上后，即第一級荷載作用下，應變數(shù)據(jù)出現(xiàn)波峰如圖11所示，在光纜二應變數(shù)據(jù)上0.63m等位置處均為裂縫發(fā)生處，將此時數(shù)據(jù)扣除梁體應變后進行積分的裂縫寬度約0.002mm，肉眼不可見。直至加載第三級后，邊角處出現(xiàn)肉眼可見裂縫，加載第四級時裂縫寬度達到約0.5mm。說明OFDR分布式光纖感測技術(shù)可以在肉眼可見裂縫發(fā)生前監(jiān)測到該裂縫的存在，可以用于裂縫發(fā)生前的預警預報。
圖4 光纜二各級加載應變
由光纜二最后一級應變計算得到10條裂縫的計算寬度，與實際寬度對比如表1，最大誤差5.63%，平均誤差為1.96%。
表3 裂縫寬度實測數(shù)據(jù)與OFDR測量數(shù)據(jù)
| Crack Number | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Measurements | 0.178 | 0.202 | 0.277 | 0.303 | 0.166 | 0.199 | 0.179 | 0.288 | 0.238 | 0.151 |
| Actual Value | 0.18 | 0.20 | 0.28 | 0.31 | 0.16 | 0.20 | 0.18 | 0.28 | 0.24 | 0.16 |
| Absolute Error | -0.002 | 0.002 | -0.003 | -0.007 | 0.006 | -0.001 | -0.001 | 0.008 | -0.002 | -0.009 |
| Relative Error | -1.111 | 1.000 | -1.071 | -2.258 | 3.750 | -0.500 | -0.556 | 2.857 | -0.833 | -5.625 |
對同一條裂縫的發(fā)展規(guī)律進行分析，發(fā)現(xiàn)每級荷載下的裂縫的擴展大致相當，如光纜一第四條裂縫在各級荷載下的寬度變化，如圖5所示。
圖5 裂縫4各級數(shù)據(jù)圖
每級加載裂縫約增大0.025mm，第7級、11級、15級荷載時裂縫寬度達到0.10mm、0.22mm、0.32mm，與裂縫觀測儀結(jié)果基本一致，如圖6所示。
圖6 裂縫實拍圖（a）0.10mm裂縫圖；（b）0.22mm裂縫圖；（c）0.34mm裂縫圖
監(jiān)測結(jié)果表明：
- OFDR可以通過其應變曲線來定位和監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，應變曲線的波峰位置就是裂縫位置；
- OFDR可以監(jiān)測裂縫的發(fā)展情況，將裂縫處應變波峰數(shù)據(jù)積分即可得裂縫寬度，最大誤差5.63%，滿足工程需求；
- OFDR可以監(jiān)測到微小裂紋的出現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)裂縫達到0.002mm時即可進行識別預警。
