ENSAYO DISÑO DE PROYECTOS.

UNA NUEVA GENERACIÓN DE INGENIERIA CIVIL

ESTRUCTURAS Y PUENTES

El Dr. Sami H. Rizkalla

ISIS Canadá

227 Ingeniería de Edificación

La Universidad de Manitoba

Winnipeg, Manitoba, Canadá

R3T5V6

PALABRAS CLAVE: Puentes, hormigón, fibras, óptica, polímeros, pretensado, refuerzos, los sensores, la tensión, el estrés, las estructuras.

ABSTRACTO

Las futuras generaciones de estructuras de ingeniería civil y puentes serán construidos a partir de materiales que son significativamente más ligero, más dura y más duradera. Estructuras y puentes serán monitoreados continuamente y de forma remota para comunicar su rendimiento en condiciones ambientales y de carga. Un ingeniero podría potencialmente comprobar sobre una base diaria para un posible mensaje de advertencia del daño que podría tener un costo en vidas humanas.

Este artículo revisa la investigación actual y el desarrollo de la Red Canadiense de Centros de Excelencia en Inteligente Percibiendo de estructuras innovadoras (ISIS Canadá) sobre el uso de materiales compuestos avanzados como material de construcción y el uso de sensores integrados estructuralmente de fibra óptica para la vigilancia desde una ubicación central a distancia desde el sitio de las estructuras. El papel revisa algunas de las solicitudes completadas y en curso, así como algunos de los productos de aplicación de esta tecnología.

INTRODUCCIÓN

ISIS Canadá ha emprendido el reto de la investigación y el desarrollo de una nueva generación de estructuras de ingeniería civil y puentes. Estas estructuras se clasifican como innovador mediante el uso de un nuevo sistema estructural y / o el uso de avanzada materiales compuestos en forma de polímero reforzado con fibra (FRP) materiales. Estas estructuras innovadoras también son inteligentes en virtud de la utilización de fibras integrado de detección estructural óptica para la monitorización remota continua a través de enlaces a una central de monitoreo estación. El uso de FRP tiene la ventaja de estar libre de corrosión con una alta relación resistencia-peso, tiene buena fatiga comportamiento y baja relajación, es electromagnéticamente neutro, y es fácil de manejar. En consecuencia, las estructuras tienen más vida de servicio.

SEGUIMIENTO ESTRUCTURAL CON SENSORES ÓPTICOS

En este trabajo se analiza brevemente la nueva tecnología de estructuras de control con sensores ópticos en fase de desarrollo de un modo similar a extensómetros con longitudes de calibre que pueden variar entre 1 centímetros y 10 metros. Estos sensores se basan en un nuevo dispositivo de forma dentro de una fibra óptica y llama una red de Bragg. Una red de Bragg es una sección de una fibra óptica que tiene sido modificada por la exposición a un patrón intensa de la radiación láser ultravioleta y posteriormente se comporta como un tipo muy especial de espejo. Este espejo refleja la luz que se encuentra en una banda muy estrecha centrada en la longitud de onda de Bragg. Lo que hace de este un valioso sensor estructural es que los cambios en la tensión impuesta a la fibra óptica se traducen en cambios en esta longitud de onda Bragg. El concepto que se utiliza para la medición de la longitud de onda codificada por este sensor se muestra en la Figura I.

La reflexión de Braggespectro

El desarrollo incluye varios tipos de sensores de fibra óptica. La fibra corta longitud de referencia de tensión de rejilla de Bragg sensores (FBGSS) ya han sido utilizados en un número de puentes avanzadas en Canadá, donde se han utilizado para controlar tanto lento cepa cambios en el tiempo y al mismo tiempo realizar un seguimiento de las cepas transitorios asociados con la respuesta dinámica de los puentes a vehicular tráfico. Estos sensores de fibra óptica tienen un número de ventajas sobre los sensores convencionales y son particularmente adecuados para pultruding dentro de refuerzos de materiales compuestos avanzados y tendones de pretensado. Además, las cadenas de fibra óptica tales sensores de rejilla se pueden producir a lo largo de una única fibra óptica e interrogada desde un extremo. Sensores de tensión de fibra óptica de largo calibre son ideales para incorporar en envolturas de materiales compuestos avanzados delgadas utilizadas para la rehabilitación y el fortalecimiento de corroída columnas de hormigón. Tales sensores permiten la columna reparado, como se muestra en la Figura 2, a monitorizar posteriormente para su posible la acumulación de la presión a la corrosión inducida

Figura 2 - Long Gauge de fibra óptica sensores de tensión

Claramente, esta nueva forma de detección estructural podría facilitar en gran medida la introducción de nuevos materiales compuestos avanzados para puentes y otras estructuras, garantizando una capacidad de vigilancia integrada. De fibra óptica de la tecnología de red de Bragg también tiene el promesa de extremadamente

Compact robusto y de bajo costo sistemas basados ​​en microchips integrados optoelectrónicos. El recién creado

"Red de Centros de Excelencia en Detección inteligente de estructuras innovadoras" es un programa único e importante con la mandato de desarrollar y explorar la aplicación tanto de materiales compuestos y de detección estructural de fibra óptica avanzada para civiles Ingeniería.

Los méritos de Bragg de fibra óptica sensores de rejilla se pueden resumir como sigue:

• Tamaño de pelo, dieléctrica, integrable en el hormigón o materiales compuestos.
• inmunológico EMI, no conductor, control remoto ideal.
• Resistente a la corrosión o fatiga, larga vida.

• Sensor / conducto datos sensoriales, fibra de muchos sensores.
• La medida absoluta, interrumpir inmunológico.
• Medida de la tensión con Resolución de centímetros a metros.
• Autodiagnóstico de los bonos del sensor / anfitrión.
• Detectar la emisión acústica, optoacoustics, monitoreo cura.
• Fabricado en fibra de sorteo, no hay manipulación, de bajo costo.
• Sepctrally codificada, insensible a las fluctuaciones de energía.
• Respuesta lineal a la tensión y la temperatura.

Desarrollar actual incluye tres tipos de sensores FBG estructurales. La corta de calibre, aproximadamente 10 mm de largo, fue utilizado con éxito en el primer puente de la carretera en el mundo construido con polímero reforzado de fibra de carbono (CFRP) refuerzos para pretensado cuatro vigas del puente (l) Recientemente, el mismo tipo de medidores cortos se utilizaron para el 13-km Puente de la Confederación, que se abrió al tráfico el 31 de mayo de 1997.

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