摘要：機(jī)敏網(wǎng)裂縫監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)模擬人類神經(jīng)系統(tǒng)的感知機(jī)理，可對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)表面裂縫進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。針對(duì)斜拉橋索塔結(jié)構(gòu)不同寬度裂縫的監(jiān)測(cè)需要，基于機(jī)敏網(wǎng)傳感器，提出了一種對(duì)初始裂縫發(fā)生發(fā)展及寬度監(jiān)測(cè)的方法。大量實(shí)驗(yàn)證明改進(jìn)后的機(jī)敏網(wǎng)傳感器能夠監(jiān)測(cè)到混凝土結(jié)構(gòu)表面不同開裂程度的裂縫及其擴(kuò)展情況，根據(jù)不同型號(hào)漆包線的斷裂對(duì)初始裂縫寬度進(jìn)行判斷。應(yīng)用改進(jìn)后的機(jī)敏網(wǎng)傳感器，在橋梁索塔監(jiān)測(cè)中及時(shí)發(fā)現(xiàn)了裂縫的發(fā)生發(fā)展情況和開裂程度，保障了橋梁安全。
關(guān)鍵詞：裂縫監(jiān)測(cè)；機(jī)敏網(wǎng)傳感器；裂縫寬度監(jiān)測(cè)；橋梁索塔

0 引言
由于橋梁在設(shè)計(jì)、建設(shè)和養(yǎng)護(hù)過程中的失誤，工程材料的自然缺陷，加之外界自然環(huán)境變化，日益增加的交通量等因素，隨著服役時(shí)間的增長(zhǎng)，橋梁結(jié)構(gòu)的損傷逐漸暴露。結(jié)構(gòu)表面裂縫的出現(xiàn)直觀地反映了橋梁結(jié)構(gòu)的損傷程度，如不及時(shí)控制裂縫的發(fā)生和發(fā)展，將直接威脅到橋梁的使用安全。運(yùn)用現(xiàn)代傳感技術(shù)，人們針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)局部裂縫監(jiān)測(cè)提出了一些可行的方法。被廣泛采用的點(diǎn)監(jiān)測(cè)方法，即在橋梁結(jié)構(gòu)上的一些理論預(yù)測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)位置布設(shè)如應(yīng)變、加速度等傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)傳感信號(hào)判斷全橋或局部健康狀態(tài)。如果預(yù)測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)比較準(zhǔn)確，點(diǎn)監(jiān)測(cè)方法是一種可行的方法。但在實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)中，由于材料的非均勻性及計(jì)算誤差等原因，裂縫不一定出現(xiàn)在理論預(yù)測(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)。根據(jù)Soh等人的研究，對(duì)于尺度較大的橋梁結(jié)構(gòu)，裂縫即使出現(xiàn)在距離臨測(cè)點(diǎn)較近的位置，只要不在監(jiān)測(cè)點(diǎn)有效范圍以內(nèi)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)一般無明顯變化，或根據(jù)測(cè)得的變化數(shù)據(jù)不足以分析出結(jié)構(gòu)損傷狀況。
近年來，以光纖傳感器為主的分布式監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)裂縫和損傷監(jiān)測(cè)得到較廣泛的應(yīng)用。此方法采用光時(shí)域反射技術(shù)(OTDR)或光頻域反射技術(shù)(OFDR)采集布設(shè)在多點(diǎn)的傳感器信號(hào)，對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行大范圍的、連續(xù)、分布式監(jiān)測(cè)。如Beatriz等人利用分布式光纖傳感器監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)變，從而間接測(cè)量引起結(jié)構(gòu)開裂的變形情況；Yang等人利用分布式HCFRP傳感器監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁在破壞性實(shí)驗(yàn)過程中的應(yīng)
力分布和裂縫發(fā)生發(fā)展?fàn)顩r。這種監(jiān)測(cè)方式抗電磁干擾性能較好，監(jiān)測(cè)精度較高，但一般需要將傳感器預(yù)埋在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部，實(shí)施工藝復(fù)雜，后期維護(hù)困難。

1 機(jī)敏網(wǎng)傳感器
1．1 設(shè)計(jì)思想
為了解決混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的裂縫監(jiān)測(cè)問題，模擬富含神經(jīng)元及神經(jīng)脈絡(luò)的動(dòng)物肌膚對(duì)創(chuàng)傷的感知機(jī)理，提出了機(jī)敏網(wǎng)裂縫監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)，其基本思想是：使用大量相互獨(dú)立的機(jī)敏監(jiān)測(cè)線(單根神經(jīng))以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式布設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)表面，網(wǎng)絡(luò)中機(jī)敏線的交叉點(diǎn)形成神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)，中間處理器構(gòu)成傳遞神經(jīng)感應(yīng)信號(hào)的脊髓組織，由主控電腦構(gòu)成大腦中樞，實(shí)現(xiàn)對(duì)整套系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制和對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)域的全方位監(jiān)測(cè)，如圖1所示。

1．2 監(jiān)測(cè)原理
由于結(jié)構(gòu)體表面開裂時(shí)，局部應(yīng)變非常大，一旦粘貼機(jī)敏網(wǎng)的結(jié)構(gòu)區(qū)域出現(xiàn)裂縫，機(jī)敏網(wǎng)的傳感陣列也會(huì)相應(yīng)開裂，傳感信號(hào)便會(huì)隨之中斷，如圖2(a)所示。中間處理器實(shí)時(shí)發(fā)送和接收傳感信號(hào)，根據(jù)消失的信號(hào)判斷出機(jī)敏線開裂的位置和時(shí)間，由兩條開裂機(jī)敏線的交叉點(diǎn)組合出斷裂點(diǎn)坐標(biāo)，如圖2(b)所示。最后通過專門的算法由安裝于主控電腦的仿真軟件虛擬出實(shí)際裂縫的形狀。這樣，運(yùn)用機(jī)敏網(wǎng)裂縫監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)，用電路而非光路的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)表面初始裂縫發(fā)生發(fā)展的監(jiān)測(cè)。