基于热效应的涉水混凝土工程裂缝监测方法

摘要

相比于常规混凝土结构，水下混凝土结构开裂对结构安全具有更加恶劣的影响，准确、及时地监测裂缝的发生发展过程，对保障涉水工程安全、防止事故具有重要意义。本文基于流体–热源–裂缝的热效应耦合作用，提出水下混凝土结构裂缝监测的温度示踪法，并设计3种裂缝监测方案，分别采用监测管–多孔套管组件、监测管–空心套管组件和监测管–灌水管组件实现开裂信息与开裂部位热力学信息的转换。其中：前两种监测方案主要利用热传导原理，使开裂后裂缝周围介质的热力学参数发生改变，从而改变热量传递规律；第3种方案主要利用对流传热原理，通过灌水使裂缝截面产生对流传热效应，从而提高传热速度。针对上述3种监测方案，分别制作了混凝土梁试件，采用光纤光栅温度传感器和陶瓷加热管组成的传感加热单元开展了瞬态传热模型试验，根据热源降温曲线的分段特征，定义了反映热源降温速度的判别指标，利用该指标进行裂缝的识别，并对3种方案的裂缝识别效果进行分析和对比。结果表明：3种监测方案均能很好地判断是否有裂缝产生；在裂缝定位方面，方案3效果更好；在裂缝宽度定量识别方面，方案1无法识别裂缝宽度，方案2仅可在流动水环境中识别裂缝宽度，方案3可根据渗漏流量识别裂缝宽度。

关键词

结构健康监测 / 裂缝检测 / 点热源 / 光纤光栅 / 温度示踪法

基金资助

四川省自然科学基金项目（2022NSFSC0422）; 国家自然科学基金项目（51509174）