图8. H型钢基坑内侧应变分布图
Fig. 8 Strain distribution of the flange in the pit
    根据这两组应变分布曲线，可由公式（6）计算出H型钢的弯矩分布（见图9）。假定桩底位移为0、桩顶水平位移可由全站仪精确测量，则可由公式（7）计算出桩身的挠度分布（见图10）。

图9. H型钢桩身弯矩分布图
Fig. 9 Bending moment distribution of the H-pile

图10. H型钢桩身挠度分布图
Fig. 10 Deflection distribution of the H-pile
 如图9所示，桩身弯矩分布曲线表现出随时间变化而增长的趋势，并且在桩身上下两段分别出现了两处符号相反的弯矩峰值。虽然弯矩曲线的变化是一个渐变的过程，但在总体上可以将相似的弯矩曲线归为一组，从而将弯矩增长变化分为三组，2009年10月19日至10月22日为第一组，2009年10月26日至11月2日为第二组，2009年11月6日至11月12日为第三组。对之相对应，图10中的挠度分布曲线也表现出了相类似的分组形式，这表明H型钢桩身的受力变形与基坑开挖步骤之间存在密切联系。
 基坑开挖施工日誌显示，该H型钢所在基坑于2009年10月16日正式开挖（冠梁和第一道支撑已安装完毕），10月19日开挖至-6，10月23日第二道支撑安装完毕，11月2日开挖至-11，并安装三道支撑。将基坑开挖过程与弯矩和挠度变化过程进行对比后发现，基坑开挖深度的增加导致弯矩和挠度分布曲线的渐变，而水平支撑的安装则导致了弯矩和挠度分布曲线的突变。
 另外，水平支撑的安装不仅改变了弯矩和挠度分布曲线的数值大小，同时也改变了曲线峰值的位置。图9中的弯矩分布曲线显示，桩身上部和下部的两处弯矩峰值都随着水平支撑数量的增加而出现逐步下移；图10中的挠度分布曲线则显示桩身挠度最大的位置也出现了下移。
 为了验证分布式光纤测量H型钢变形的可靠性，实验中还在桩身附近埋设了测斜管，同步测量与H型钢位置相对应的土体水平位移。图11显示了2009年10月22日两种测量方法所到的数据曲线，图形显示分布式光纤测量的H型钢挠度与土体水平位移具有相似性，这在一定程度上也证明了分布式光纤测量数据反应的H型钢受力变形状态与真实情况相符。

图11. 测斜数据与H型钢挠度对比图
Fig. 11 Comparison for the deflection of H-pile and the inclinometer

4.3  安全预警
 以上监测数据显示，该H型钢桩身弯矩最大值超过900，而桩身挠度也超过了0.2，这表明桩身受力变形过大，已超出安全工作范围。监测人员及时将此情况向建设单位发出了安全预警。在建设单位组织的现场检查中，发现以下两处安全隐患：
1、冠梁开裂：在安装有分布式传感光纤的H型钢以北8m的冠梁出现开裂（见图12）；

图12. 冠梁开裂
Fig. 12 Cracking of the perimeter beam
2、H型钢焊缝张裂：人工挖除基坑中H型钢表面水泥土后发现，有少部分H型钢的焊缝已经张裂（见图13）；
   
图13.H型钢焊缝张裂
Fig. 13 Tension crack of the H-pile
    针对现场检查发现的问题，结合监测数据所显示的H型钢受力变形特性，建设单位对关键部位进行了强化加固，从而避免了基坑围护结构的进一步破坏。
5 结论
 以BOTDA技术为基础，通过布设分布式传感光纤等方法，对普通H型钢进行封装，使之能够在基坑开挖过程中返回H型钢翼缘应变、桩身弯矩、挠度等受力变形数据，从而为基坑安全实时评价提供依据。
 在广州某大型厂房深厚软土基坑中的现场实验表明，安装有分布式传感光纤的H型钢可以按照常规SMW工法安装，可以抵抗恶劣的施工环境，存活率达到100%。在基坑开挖过程中，安装有分布式传感光纤的SMW工法桩可以准确快速地获取桩身分布式应变数据，该数据以0.1为间隔、记录桩身全长的应变分布，完全解决了点式传感的数据局限性；根据分布式应变数据推算的弯矩和挠度分布曲线，具有独特的双线测量方法，实现了温度自补偿，从根本上解决了基坑环境温度对监测结果的干扰。
 综上所述，安装有分布式传感光纤的H型钢是一种具有实时获取应变数据的基坑工程围护结构，其良好的现场适应性、远程实时分布式测量、温度自补偿等特点为其在工程领域中的推广应用提供了坚实的基础，相信可以在未来一段时间内得到更多的工程应用。

参考文献：
 [1] Ding Yong，Shi Bin.，Bao Xiao-yi，Gao Jun-qi. Jacket effect on strain measurement accuracy for distributed strain sensors based on Brillouin scattering [J]. Optica Applicata，2006，XXXVI(1)： 57-67.
 [2] H. Murayama，K. Kageyama，H. Naruse，et al. Distributed strain sensing from damaged composite materials based on shape variation of the Brillouin spectrum [J]. Journal of Intelligent Material Systems and Structures，2004，15(1)：17-25.
 [3] Li Hong-nan，Li Dong-sheng，Song Gang-bing. Recent applications of fiber optic sensors to health monitoring in civil engineering [J]. Engineering Structures，2004，26(11)：1647-1657.
 [4] Zhang Dan, Xu Hong-zhong, Shi Bin, et al. Brillouin power spectrum analysis for partially uniformly strained optical fiber [J]. Optics and Lasers in Engineering. 2009，47(9):976-981.
 [5] Bao Xiao-yi，M. DeMerchant，A. Brown，and T. Bremner. Tensile and compressive strain measurement in the lab and field with the distributed Brillouin scattering sensor [J]. Journal of Lightwave Technology，2001，19（11）：1698-1704.
 [6] Wu Zhi-shen，Xu Bin，Keiji Hayashic，Atsuhiko Machidad. Distributed optic fiber sensing for a full-scale PC girder strengthened with prestressed PBO sheets [J]. Engineering Structures，2006，28（7）：1049-1059.

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