预应力锚索腐蚀损伤的复合式长期监测新方法

It is a great challenge to inspect the prestressed cable with high-stress due to being deeply buried in the ground. Additionally, corrosion of cable threatening the safety of the structures often occurs because of the complex geological environment. Therefore, a novel long-term monitoring method of prestressed anchor cable should be urgently developed. Optical distributed fiber sensing technology has attracted more attention in the field of steel corrosion monitoring owing to some unparalleled advantages, such as its small size, flexible and easy to combine with the structure, corrosion resistance, distributed measurement, and so on. However, the local corrosion cannot be measured by the existing methods along the cable. In this project, our aim is to establish a novel long-term corrosion monitoring method of prestressed anchor cables. The mathematical models between the damage factor of anchor cable and longitudinal and spiral winding strain of the optical fiber are established, and the rule of the corrosion damage of prestressed anchor cable is explored. Hence, a hybrid long-term monitoring method of the corrosion damage is proposed in this project, which can be used to monitor the degree of corrosion damage and assess the prestressed anchor cable. It is of great significance to develop the discipline and practical engineering application of prestressed anchor structure.

预应力锚索作为一种具有隐蔽性的岩土工程支护结构，由于其运行环境较为复杂，可能存在水气交换频繁等腐蚀环境，极易导致锚索腐蚀，威胁岩体结构安全。因此，急需建立一种预应力锚索腐蚀损伤长期监测方法。分布式光纤传感技术以其体积小、柔软可绕、易与结构复合、耐腐蚀、分布式测量等不可比拟的优势在钢筋腐蚀监测领域引起了广泛关注。然而，现有的监测方法量程小、结构复杂，无法满足预应力锚索高应力下局部腐蚀、全分布监测的要求。本项目以岩土工程中常见的预应力锚索结构为研究对象，针对预应力锚索腐蚀损伤这一科学问题，探索预应力锚索腐蚀损伤与轴向、螺旋分布光纤应变的响应规律，建立锚索腐蚀损伤度与轴向、螺旋分布光纤应变的数学模型，提出一种锚索腐蚀损伤的复合式长期监测方法，实现锚索全长范围内均匀及局部腐蚀的测量。本项目的研究对于预应力锚固技术的学科发展及实际工程应用都具有重要的意义。

预应力锚索作为一种具有隐蔽性的岩土工程支护结构，由于其运行环境存在水汽交换频繁的腐蚀环境，导致锚索极易腐蚀，威胁岩体结构安全。本项目以岩土无粘结型锚索为研究对象，围绕如何建立水工岩土预应力锚索腐蚀长期监测新方法进行了一系列的研究，主要研究结果如下：.(1).提出了一种基于螺旋分布式光纤的锚索腐蚀长期监测方法。利用弹性力学厚壁筒模型对钢筋腐蚀膨胀现象进行了理论研究，同时利用数值分析建立了钢筋锈胀的应力应变模型，得出了环向应变与锈胀力的相互关系，验证环向应力应变监测腐蚀膨胀的可行性；首次将螺距作为设计参数，利用螺距表征光纤的缠绕角度和弯曲损耗，实现了光纤的定量布设；阐明了混凝土结构腐蚀破坏过程的规律；研究了腐蚀长度、垫层厚度对螺旋光纤应变的影响规律；同时建立了腐蚀率与螺旋光纤应变的数学模型。.(2).提出了轴向分布式光纤传感方法，探索了预应力锚索腐蚀损伤与轴向分布光纤应变的规律，提出了一种锚索腐蚀损伤长期监测方法，达到对预应力锚索全长范围内的局部腐蚀与均匀腐蚀的监测，并实现腐蚀损伤的精确定位；通过理论推导，建立了腐蚀率与轴向分布光纤应变的数学模型；实验验证了腐蚀率与轴向分布光纤应变数学模型的正确性。.(3).提出了一种螺旋分布式光纤、轴向分布光纤与锚索复合的复合式光纤传感方法，搭建了预应力锚索腐蚀长期监测验证平台，并进行电加速腐蚀实验，验证了基于光纤传感的复合式锚索腐蚀长期监测方法的可行性，阐明了预应力锚索的腐蚀规律，达到对预应力锚索全长范围内的局部腐蚀与均匀腐蚀的测量，并实现腐蚀损伤的精确定位。.本研究不仅能填补预应力锚索腐蚀监测方法研究领域的空白，还能及时发现和准确诊断锚索的腐蚀情况，掌握结构损伤程度，预测剩余使用寿命，在预应力锚索加固结构的运行安全等方面起到重要作用；此外，还能对锚索结构的破坏机理与锚固结构的理论设计提供指导，具有重要的科学意义和工程实用价值。