FBG应变监测系统在高铁桥梁健康监测中的应用实践
随着高铁运营里程的快速增加，桥梁作为关键基础设施，长期承受动态载荷与环境作用，传统电阻应变片监测系统存在易受电磁干扰、布线复杂、难以实现长期稳定监测等问题FBG应变监测，以高精度、抗干扰、分布式感知等优势，为桥梁结构健康监测提供了全新的技术路径。
图1 高铁桥梁动态载荷场景
技术方案设计要点
传感器布设策略
关键监测点：主梁跨中、桥墩顶部承重区、伸缩缝接驳处、预应力锚固点、支座连接部位。
安装方式：主梁表面采用激光微焊封装FBG应变传感器，确保与结构同步变形；桥墩内部预埋铠装光纤传感器，实时监测混凝土内部应变分布；支座区域安装温振复合传感器，同步采集载荷与温度耦合数据。
测试系统架构：
部署FGI高速光纤光栅解调仪（采样率400kHz，分辨率±1pm）
建立动态应变模型，横向覆盖全桥断面，纵向连续监测500m应变梯度
结合有限元仿真数据，构建桥梁“数字孪生”平台，实现虚实交互分析
工程实施突破
在沪昆高铁某特大桥试验段中，系统实现了三大技术突破：
高精度动态应变捕捉：成功捕捉到列车通过时主梁跨中部位的瞬时应变峰值（达320με），精度较传统系统提升80%
长期稳定性保障：采用自补偿封装工艺与环境漂移修正算法，将年漂移量控制在±5με以内
实时预警机制：当应变突变率超过10με/s或累计疲劳损伤系数达阈值时，触发预警
实测数据亮点
在满载测试中，系统展现出卓越性能：
发现2处预应力锚固点异常应变集中，定位为螺栓预紧力不足导致的局部应力超限
捕捉到桥墩基础因地质沉降引发的非对称应变分布（最大偏差达15%）
系统响应延迟低于50ms，满足高铁桥梁毫秒级安全监测需求
图2 传统人工检测现场
该系统的应用带来三重效益升级：
运维成本优化：替代人工敲击检测，减少60%的定期检查人力投入
安全效能跃升：提前12小时预警潜在结构损伤，重大事故风险降低70%
数据赋能决策：应变大数据支撑桥梁剩余寿命评估，指导精准养护资源分配
技术延展空间
FBG技术向多参量的融合感知升级。从微米级的结构变形监测，到整桥健康状态的智能诊断。未来，该方案可扩展至跨海大桥、城市高架等场景，为基础设施全生命周期管理树立新标杆。