[发明专利]基桩桩身三维应变和力参数监测系统及其量测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基桩桩身三维应变和力参数监测系统及其量测方法，尤其是一种基于分布式光纤传感技术基桩桩身三维应变和力参数监测系统及其量测方法。适用于岩土工程检测、监测技术领域。

背景技术

许多工程结构修建于复杂环境中，或结构体系本身十分复杂，这些复杂性均有可能引起结构上作用力和力矩等荷载，如海上采油平台、海上桥梁桩基、大型输电塔、超高层建筑物及交通信号塔等高耸建构筑物，这些结构上传来的荷载一般最终由群桩承担并传递给地基。现有的基桩外部荷载监测大多集中在桩身轴力的测试，很少对桩身的水平力和力矩进行监测。

随着光纤传感解调技术(布里渊解调技术BOTDA/BOTDR)的不断发展，一根传感光纤既能感应应变又能传输信号，形成分布式应变传感器。基于布里渊散射的分布式光纤传感技术，具有耐久性好、无零点漂移、不带电工作、抗电磁干扰、传输带宽大等突出优点，可以实现对待测参数的分布式测量，目前在土木、水利、电力、交通、石化、海洋等领域推广运用，但基于分布式光纤传感技术监测基桩承受力和力矩的方法与系统尚未见到。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基桩桩身三维应变和力参数监测系统及其量测方法，以监测基桩的桩身轴力、水平力、弯矩、扭矩的量值及其分布规律。

本发明所采用的技术方案是：一种基桩桩身三维应变和力参数监测系统，其特征在于：沿桩身表面埋设9根传感光纤，传感光纤分成三组，每组3根；

第一组传感光纤为轴向光纤，3根传感光纤均沿桩身轴向布置；第二组传感光纤为S型光纤，3根传感光纤均逆时针绕于桩身上，从桩身一端均匀绕向另一端；第三组传感光纤为反S型光纤，3根传感光纤均顺时针绕于桩身上，从桩身一端均匀绕向另一端；

所述轴向光纤与S型光纤、反S型光纤均具有若干相交点，且每根轴向光纤上与S型光纤的相交点和与反S型光纤的相交点一一对应重合形成测试点，每个测试点所在桩身横截面的边缘共有三个测试点；所述S型光纤、反S型光纤与轴向光纤的夹角为θ，0°<θ<90；

9根传感光纤头尾相连形成1根光纤，所形成的光纤两端与布里渊解调仪相连。

3根轴向光纤均匀布置于桩身表面，3根S型光纤分别以桩身下端面边缘、相邻两根轴向光纤的中心点为起点绕于桩身上，3根反S型光纤分别以桩身下端面边缘、相邻两根轴向光纤的中心点为起点绕于桩身上。

应用监测系统进行桩身三维应变和力参数量测的方法，其特征在于：通过布里渊解调仪量测桩身某一横截面上A、B、C三个测试点的应变变化量，A、B、C三点反S型光纤、轴向光纤和S型光纤实测的应变值分别为ε_A1、ε_A2、ε_A3、ε_B1、ε_B2、ε_B3、ε_C1、ε_C2、ε_C3，采用三向应变花计算原理分析计算；

应变测试值与基桩直角坐标系OXYZ下的力和力矩建立测试方程组如下，基桩直角坐标系OXYZ以桩身下端面圆心为原点，沿桩身轴线向上为Z轴正向，A点位于X＝0的平面上：