桥梁内部预应力钢绞线应变的长久监测与分析

重点研究应用埋入式光纤光栅传感器对正在施工中桥梁的预应力钢绞线应变进行跟踪监测的测试方法，分析温度、横向应变等多种因素对测量结果有效性的影响，同时考察了预应力钢绞线在复杂施工环境中的力学行为．研究发现在温度变化较大时应该对测量结果进行温度补偿，同时在非均匀横向应变场作用下光纤光栅不再遵循布拉格条件，对此应做进一步的研究分析，试验结果表明光纤光栅传感器具有易埋入、抗干扰能力强、可对应变进行绝对测量等优点，非常适合于结构内部健康的长期监测。     

光纤光栅自感知钢绞线在后张有黏结预应力结构中的监测

有效监测后张法有粘结预应力结构在施工过程中产生的短期预应力损失大小是评估整个预应力结构安全性的重要手段。基于对现有预应力损失监测难题及预应力损失计算的理论分析,提出了光纤光栅自感知钢绞线短期预应力损失的监测技术。基于此技术,有效监测了直线及曲线孔道梁的短期预应力损失,并与应变片监测值及理论计算值进行比较。监测结果表明：直线孔道梁短期预应力损失率约10% ,曲线孔道梁短期预应力损失约24% ;对比理论计算值,应变片的误差最大接近10.01%,且同一测点处不同应变片最大差值接近10%,数据离散型较大,而光纤光栅监测到的梁内最终有效应力误差最大仅为4.60%,且在监测过程中始终保持良好的监测性能,可见光纤光栅传感器相比电阻应变片更适合体内预应力监测。     

FRP-OFBG智能钢绞线在结构开裂时的监测研究

结合用FRP筋封装的光纤光栅传感器即FRP-OFBG智能复合筋和钢绞线的力学特性,研制出了在钢绞线拉索中直接增加FRP-OFBG的智能钢绞线。通过其在受力时波长的改变值,推算出结构受力截面的应变值,可以有效地对预应力结构在出现裂缝时进行预警。采用FRP-OFBG智能钢绞线测量结构在荷载作用下的应力应变精度高,受外界干扰因素少,重复性能好,且基本不影响原有钢绞线的力学特性,在土木工程领域有广阔的应用前景。     

多测点自感知预应力钢绞线在月亮湾大桥中的应用

精准监测体内索体应力是评估预应力结构安全的重要途径,为解决实际工程中体内预应力难以有效监测的问题,提出一种内嵌光纤光栅(fiber bragg grating, FBG)传感器的自感知钢绞线。通过张拉试验并结合月亮湾大桥实际应用,选用2根体内索作为预应力实时监测对象,对钢绞线逐级张拉至1 395 MPa,在每根索的张拉端及索1/4跨处布置2个FBG测点。结果表明:自感知钢绞线的张拉非线性误差小于2.58%,应变灵敏度为1.09～1.13 pm/με,在工程应用中,自感知钢绞线中的传感器成活率达到100%,最大监测应变为7 153με,最大监测应力为1 394.79 MPa,与理论值1 395 MPa误差仅为0.02%,可有效监测施工张拉和锚固全过程。可见自感知钢绞线能实现对体内索体应力精准、有效的实时监测。     

基于ANSYS不同螺旋槽规格的钢丝应力分析

目的研究在钢绞线中心丝上设置螺旋式凹槽并植入光纤光栅的智能钢绞线,解决对大应力应变钢绞线损伤破坏全过程的实时监测问题.方法螺旋槽的角度对光纤光栅传感器的应变灵敏度起着关键性作用,同时螺旋槽宽和槽深影响了钢绞线的应力情况,基于ANSYS有限元软件,通过改变不同螺旋槽角度、宽度和深度,对螺旋槽中心丝的最大应力、最大位移和螺旋槽内应力变化率方面进行分析.结果不同螺旋槽规格对智能钢绞线的力学性能及应变监测量程有着重要的影响,当螺旋槽钢丝槽深0.3 mm,槽宽1.2 mm,角度为45°时,该螺旋槽钢丝的最大应力和最大位移适中,螺旋槽内应力变化率为57.1%,应力集中情况较小,对钢绞线承载力影响较小.结论该ANSYS分析为螺旋槽中心丝对智能钢绞线力学性能及大量程应变监测性能提供有效的依据.     

光纤光栅的缓粘结预应力混凝土结构监测

为了解缓粘结预应力混凝土结构内部混凝土应变变化规律,采用光纤光栅健康监测系统对沈阳市文化艺术中心的音乐厅主体结构内部温度和应变的变化情况进行了监测.光纤光栅传感器的布设过程中采用了一系列措施来保护传感器本身以及信号传输线路,光纤光栅传感器体现了良好的存活率.温度监测结果显示:混凝土浇筑后硬化过程中构件内部温度均在0℃以上,养护期完成后混凝土温度基本与外部环境一致.应变监测结果显示:位于23.2 m和25.6 m的缓粘结预应力悬挑梁应变变化规律基本一致,预应力柱拆模前后压应变变化较大.     

光纤光栅传感器在土木工程结构健康监测中的应用

在土木工程领域，光纤智能检测方法是结构健康监测中一种新的方法。本文首先系统阐述了光纤光栅传感器的独特优点，然后，对光纤光栅传感器的结构和工作原理进行详细介绍,回顾了目前光纤光栅传感器在国际上和国内用于健康监测研究和应用的现状，及其光纤健康监测系统的构成、信号处理、安装等方面问题；最后，展望了光纤光栅传感器在结构健康监测领域中的前景。     

基于超结构光纤光栅的自发布里渊散射检测系统设计与实现

为解决光纤背向散射信号中自发布里渊散射信号提取困难的问题,针对自发布里渊散射信号的频谱特点,设计并制作了一种双峰、波长可调结构的超结构光纤光栅滤波器。该滤波器具有滤波抑制比高、滚降特性好、线宽窄、中心波长可调、插损低、稳定性高等特点。通过两级超结构光纤光栅的级联,对瑞利散射信号的抑制达到约30 dB,可以把自发布里渊散射信号的2个峰同时提取出来。在此基础上,搭建了基于布里渊散射技术的全分布式光纤传感实验系统,对长度约为32 km的传感光纤进行了实验测量,在对被测光纤上长度为130、150 m的两段光纤分别施加1200μ,ε温度变化20°C时,系统较清楚地显示出应力、温度对被测光纤的作用效果。测量结果表明,该系统可以实现光纤温度及应力的变化监测。     

光纤光栅传感技术在重大工程结构诊断与监测中的应用

光纤光栅传感技术具有传统传感器无可比拟的优势,重大工程结构的健康诊断与监测是跨学科的前沿研究领域。介绍了光纤光栅传感技术用于重大工程结构的原理、国内外研究以及在重大工程中应用的概况,阐述了基于光纤光栅传感技术和应变模态理论的损伤自诊断智能结构系统的基本构成、原理,并指出近期应当加强光纤光栅传感技术的结构诊断、动态解调、工业化批量生产及其埋设等方面研究工作。     

基于RPC梁的准分布式光纤光栅传感器性能分析

目的研究内嵌预压式封装的准分布式光纤光栅(FBG)传感器在活性粉末混凝土(RPC)梁中的监测问题及评估其性能.方法以无粘结预应力RPC试验梁为载体,将5个FBG传感器串联并内嵌封装于梁内部钢绞线和钢筋中,构成准分布式传感网络,实现结构整体多点监测;对封装有准分布式FBG传感器的钢绞线进行重复张拉试验,观察传感器监测情况;对分别施加不同预应力的三根RPC梁进行两点集中加载试验,分析传感器对梁的监测情况.结果准分布式FBG传感器响应灵敏,应变-中心波长变化值拟合线基本重合,应变灵敏度与理论值非常接近,应变监测量程均能达到7 500×10~(-6)以上,可与钢绞线很好的协同变形;同一筋材各测点处FBG传感器的应变发展趋势基本一致,荷载-应变曲线图出现两处明显拐点,对应混凝土梁第一条裂缝出现和钢筋屈服时刻,与理论相符;FBG传感器监测稳定,与同测点位置的电阻应变片数据基本相同,且信号更加稳定.结论多点准分布式FBG传感器对RPC梁监测精准,稳定性好,该监测方法为预应力结构的分布式监测提供了新思路.     

大型海上浮吊吊臂桁架结构光纤光栅实时监测系统研究

针对大型海上浮吊吊臂桁架结构的健康监护,提出基于光纤光栅传感的大型海上浮吊吊臂桁架结构健康监测系统。从大型海上浮吊吊臂桁架结构的金属特性出发,研发粘贴式光纤光栅应力传感器。通过实验验证粘贴式光纤光栅应力传感器的温度补偿,提出低通滤波温度补偿方案,开发基于光纤光栅传感的大型海上浮吊吊臂桁架结构健康监测系统,初步实现光纤光栅波长测量与显示、数据接收与显示、应力分析与显示、起重数据显示、称质量标定、系统设置、专家分析、数据统计和用户设置共9类功能。     

基于光纤光栅的振动参数监测及信号处理系统

针对光纤光栅传感与其他传感技术相比,有其独特的优点,对光纤光栅传感器进行了理论分析,建立了通过测量光纤光栅传感元件的波长而得到振动参数的理论模型,介绍了测量信号处理系统的结构,作了光纤光栅传感器与加速度传感器的振动参数监测实验,并对实验结果进行了比较。结果表明,光纤光栅传感器的性能很好,可以用于低频振动结构的动态实时监测。     

光纤布拉格光栅监测系统在现场监测混凝土挡土墙早期性能中的应用(英文)

应用光纤布拉格光栅温度传感器和应变传感器现场监测了混凝土挡土墙浇注早期的变形和温度变化情况。由于光纤布拉格光栅同时感应温度和变形,需要用布拉格光栅温度传感器对应变传感器进行温度补偿。监测结果表明,光纤布拉格光栅监测系统适用于混凝土早期性能的现场监测,通过与普通传感器监测结果对比,光纤传感器的结果更稳定,准确,且该监测系统可继续对混凝土结构的中长期性能进行实时监测。     

光纤光栅传感器及其在结构健康监测中的应用

依据结构健康监测的基本概念,阐述了光纤光栅的构造和传感原理,列举了采用光纤光栅封装传感器的三种工艺,介绍光纤光栅传感网络系统原理以及光纤光栅传感器发展历程和在健康监测中的应用。     

光纤光栅传感器对预应力锚索的受力监测

预应力锚索的受力状态监测特别是锚索内应力分布的监测是目前工程领域一大难题。本文提出将准分布式光纤布拉格光栅（FBG）内嵌至锚索材料-钢绞线中心丝的技术,以实现对其受力状态及应力分布进行监测。基于此技术,结合FBG监测原理和锚索锚固理论,以锚索锚固长度、FBG布设位置及数量为主要变化参数,设计了FBG自感知钢绞线材料并将其浇筑于钢管内作为锚索模型试件;并对FBG自感知钢绞线材料进行张拉标定试验和钢管锚索拉拔试验。张拉标定试验表明,内嵌于钢绞线中心丝材料中的准分布式FBG传感器成活率为100％,应变灵敏度集中在0.0012,应变-波长的拟合度皆超过0.999。拉拔试验结果表明,内嵌式FBG传感器可有效监测全长粘结型锚索轴力分布规律;且传感器可实现对锚固段、自由段应力传递规律的定点监测;为锚索浇筑长度的设计、张拉应力的补充提供了计算依据。     

光纤光栅测力环及其应用

基于光纤光栅传感原理,将光纤光栅应变传感器、温度传感器与弹性体组合在一起,研制出了光纤光栅测力环.该装置同时测量构件所受应力和温度,并对结果进行补偿以提高测试精度.光纤光栅测力环已成功应用于国内某桥系杆换索施工的监测,实践表明在一般建筑工程环境下,其测量精度可达到±2%,大大优于其他测量工具.因此,光纤光栅测力环可以实时精确地监测工程结构的温度及应力变化状态.     

基于光纤光栅传感技术的门座式起重机SHM实施

结构健康监测(SHM)技术能在线实时监测结构健康情况、切实提高设备安全性能而日益引起人们的关注。将光纤光栅传感技术引入起重机SHM中,以一台MQ2533门座式起重机为试点,以有限元方法得出结构应力集中点作为传感器布点依据。采用32个光纤光栅传感器,通过光路复用成11路传感通道进行实时应变数据的采集。针对光纤光栅传感器温度和应变的交叉敏感问题,推导出光纤光栅温度式传感器和应变式传感器的一次线性拟合算法。利用该算法编写结构健康监测与安全预警软件平台。通过有限元计算得到关键点和重要点能够承受的最大应力,并给予一定的余量,计算出了各个关键点的预警值和报警值。经过半年多的运行,表明所开发的基于光纤光栅传感技术的门座式起重机结构健康监测系统能较好地实时在线监测起重机的结构状况,在发生危险前能发出预警信息。     

光纤传感器在土木工程中的应用

在土木工程领域,光纤智能检测方法是结构健康监测中一种新的方法。自光纤光栅传感器于1990年首次埋入环氧纤维复合材料中,以及1992年首次埋入混凝土梁中以来,该技术已大量在桥梁、水坝、管线、隧道、核存储容器、天然气压力罐、以及道路等基础结构的力学参数测量、状态监测中得到应用。本文阐述了光纤传感器的性能、工作原理后,具体介绍了光纤传感器在桥梁、边坡、基坑、隧道中的应用。     

基于光纤光栅传感技术的门座式起重机SHM实施策略

结构健康监测(SHM)技术能在线实时监测结构健康情况、切实提高设备安全性能而日益引起人们的注意。本文将光纤光栅传感技术引入起重机SHM中,以一台MQ2533门座式起重机为试点,以有限元方法得出结构应力集中点作为传感器布点依据,采用32个光纤光栅传感器,通过光路复用成11路传感通道进行实时应变数据的采集;针对光纤光栅传感器温度和应变的交叉敏感问题,推导出光纤光栅温度式传感器和应变式传感器的一次线性拟合算法,并利用该算法编写结构健康监测与安全预警软件平台;通过有限元计算得到关键点和重要点能够承受的最大应力,并给予一定的余量,计算出了各个关键点的预警值和报警值。经过半年多的运行,表明所开发的基于光纤光栅传感技术的门座式起重机结构健康监测系统能较好地实时在线监测起重机的结构状况,在发生危险前能发出预警信息。     

深圳地铁10号线凉帽山车辆基地自动化监测系统开发

基于激光位移计、光纤智能测斜管、光纤光栅表面应变计和水位计开发了边坡和基坑自动化监测系统,实时监测地表沉降与位移、深层水平位移、支撑内力和水位,并成功应用于深圳地铁10号线凉帽山车辆基地工程。该系统应用效果良好,值得推广应用。