具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了基于分布式光纤技术的桥梁有效预应力监测方法，其能解决目前相关技术中存在智能化不足、精度不高、长期稳定性差、很难全面监测等问题。

参见图1所示，为本发明实施例提供的一种基于分布式光纤技术的桥梁有效预应力监测方法，其可以包括以下步骤：

步骤1：在待监测桥梁1的底部沿纵向布置分布式应变光纤3，本实施例中，分布式应变光纤3用于采集待监测桥梁1底部的应变数据，具有抗电磁干扰、耐久性强、便宜等优势；

步骤2：使车辆驶过所述待监测桥梁1，计算所述待监测桥梁1的测点在监测初期活载和恒载共同作用下的应力σ₁，本实施例中，在监测初期，封闭道路情况下，需要一辆已知轴重的车辆匀速缓慢的驶过所述待监测桥梁1，从而根据车辆和桥梁的参数计算出活载和恒载共同作用下的应力σ₁；同时根据所述分布式应变光纤3采集得到所述测点的初始应变时程曲线，计算所述测点的初始峰值应力σ，本实施例中，应变时程曲线为所述测点在车辆过桥的整个过程中随时间变化的测得的应变值绘制而成的曲线；

步骤3：使所述车辆每隔预设时间驶过所述待监测桥梁1，根据所述分布式应变光纤3采集得到所述测点的实时应变时程曲线，计算所述测点的实时峰值应力σ'，本实施例中，每隔预设时间后，使用同一轴重的车辆以相同速度匀速缓慢通过所述监测桥梁，得到此时所述测点的实时应变时程曲线；

步骤4：根据所述活载和恒载共同作用下的应力σ₁、初始峰值应力σ和实时峰值应力σ'计算得到所述测点的预应力损失Δσ，本实施例中，以初始峰值应力σ为初始值，以实时峰值应力σ'与所述初始峰值应力σ做对比，经过计算就可以得出这段时间内所述测点的预应力损失Δσ。

在一些实施例中，所述根据所述活载和恒载共同作用下的应力σ₁、初始峰值应力σ和实时峰值应力σ'计算得到所述测点的预应力损失Δσ可以包括：计算在监测初期预应力作用在梁底产生的应力σ₂，以及每隔预设时间预应力作用在梁底产生的应力σ_2'，根据下式计算出所述预应力损失Δσ：

Δσ＝σ₂-σ₂'

本实施例中，由于预应力损失的存在，每隔预设时间后的预应力作用在梁底产生的应力σ₂'相比监测初期预应力作用在梁底产生的应力σ₂会减少，因此，用后者减去前者即为预应力作用在梁底产生的预应力损失Δσ。

在一些实施例中，所述初始应力σ₂和实时应力σ₂'的计算方法为：

σ₂＝σ-σ₁

σ₂'＝σ'-σ₁

其中，σ为初始峰值应力，σ'为实时峰值应力，σ₁为活载与恒载共同作用下的应力；本实施例中，分布式应变光纤3采集的数据σ和σ'为车辆的活载作用、桥梁的恒载作用以及预应力共同作用在所述待监测桥梁1的梁底产生的应力，因此，预应力只需要用初始峰值应力σ和实时峰值应力σ'减去车活载和恒载共同作用下的应力σ₁即可得出。

进一步，所述根据所述活载和恒载共同作用下的应力σ₁、初始峰值应力σ和实时峰值应力σ'计算得到所述测点的预应力损失Δσ包括：计算所述测点的预应力效应剩余率μ；所述预应力效应剩余率μ的计算方法可以为：

本实施例中，使用预应力效应剩余率μ表示每隔预设时间后的预应力作用在梁底产生的应力σ₂'占监测初期所述预应力作用在梁底产生的应力σ₂的比例，即为预应力作用在梁底产生的应力的预应力剩余率，得出梁底沿纵向预应力剩余的分布状况，结合预应力损失Δσ查看预应力损失情况更为直观和全面。

在一些实施例中，所述根据所述分布式应变光纤3采集得到所述测点的初始应变时程曲线，计算所述测点的初始峰值应力σ可以包括：通过所述初始应变时程曲线提取出初始峰值应变ε，根据下式计算出所述初始峰值应力σ：

σ＝εE

其中，E为混凝土的弹性模量，本实施例中，分布式应变光纤3采集的数据为测点的应变，可以根据应变计算出应力，在监测初期，将初始应变时程曲线的峰值作为测点的初始应变。

在一些实施例中，所述根据所述分布式应变光纤3采集得到所述测点的实时应变时程曲线，计算所述测点的实时峰值应力σ'可以包括：通过所述实时应变时程曲线提取出实时峰值应变ε'，根据下式计算出所述实时峰值应力σ'：

σ'＝ε'E

其中，E为混凝土的弹性模量，本实施例中，每隔预设时间后，将实时应变时程曲线的峰值作为测点的实时应变，结合初始应变就可以计算得出预应力损失。

在一些实施例中，所述活载和恒载共同作用下的应力σ₁的计算方法可以为：

其中，M₁为所述待监测桥梁1的恒载引起的弯矩，M₂为所述车辆的活载引起的弯矩，y₁为所述待监测桥梁1的梁底与所述车辆的惯性轴的距离，y₂为所述车辆的活载效应力矩，I为所述待监测桥梁1的截面惯性矩，本实施例中，M₁、M₂、y₁和y₂可以通过车辆和桥梁的参数计算得出，通过计算出活载和恒载共同作用下的应力σ₁，将分布式应变光纤3测的的应力除去活载和恒载共同作用下的应力σ₁，剩下的就是预应力作用在梁底产生的应力。

参见图1所示，在一些实施例中，所述在待监测桥梁1的底部沿纵向布置分布式应变光纤3还可以包括：在所述待监测桥梁1的底部沿纵向布置分布式温度光纤4，将所述分布式温度光纤4和所述分布式应变光纤3的尾部串联，并分别将所述分布式温度光纤4和分布式应变光纤3的端部通过跳线接入光纤解调仪2，本实施例中，所述分布式温度光纤4和所述分布式应变光纤3在梁底沿桥梁长度方向对称布置，通过分布式温度光纤4使每次测量时温度的相同或接近，避免了温度对结构作用而使监测结果产生偏差的问题；

优选的，在所述监测初期和每隔预设时间，当所述分布式温度光纤4测得所述待监测桥梁的环境温度为T时，使所述车辆驶过所述待监测桥梁，本实施例中，将温度控制为T，避免分布式应变光纤3测得的应变受温度干扰。

本发明实施例提供的基于分布式光纤技术的桥梁有效预应力监测方法的原理为：

连续采集分布式应变光纤数据，计算得到梁底应变沿光纤纵向分布值σ；梁底混凝土应变值σ为σ₁和σ₂之和，其中σ₁为活载与恒载作用在梁底产生的应力，σ₂为预应力作用在梁底产生的应力；在桥梁底部光纤监测位置上均匀地选取若干点(1～n)，在监测初期，将各点峰值应力减去活载与恒载作用在梁底产生的应力，则可得到此时各点在预应力作用下的应力值，每隔预设时间后找出各点的预应力作用下的应力相对于监测初期在预应力作用下的应力的比例关系，则可计算出梁底沿纵向预应力剩余的分布状况；本方法操作简单、实施方便、使用成本低、性价比高，可以直接测量读取数据，简单数学运算得到结果，减少因多次简化运算(例如积分运算)造成的误差计算误差；同时，本发明也可监测桥梁梁底裂缝产生情况，在连续监测得到梁底应变沿光纤纵向分布值时，若该纵向分布应变存在突变值，则说明该突变值位置产生了横向裂缝，据此可判断梁底是否存在横向裂缝以及横向裂缝发生的位置；若在连续长时间监测过程中，某裂缝位置的应变值始终大于突变时的值，则表明该处裂缝已经无法闭合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。