基于正弦式波纹膜片的压差式FBG静力水准仪

为解决建筑物不均匀沉降长期、可靠监测的问题,基于连通器原理,推导了膜片半径r、刚度K、光纤自由段长度l、波长变化量Δλ_(B)等参数和沉降量的线性关系式。以此设计了带有正弦式波纹膜片的压差式光纤布拉格光栅(FBG)静力水准仪,并通过标定试验验证压差式FBG静力水准仪的传感性能。结果表明:此静力水准仪灵敏度不小于13.2 pm/mm,综合误差不大于3.26%,相关性系数均在0.99以上。该型静力水准仪传感性能满足工程结构沉降测量的要求,丰富了FBG静力水准仪的研究,具有理论和现实意义。

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1395 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7153με,最大监测应力为1394.79 MPa,与理论值1395 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。

水环境下碳纤维拉索锚固结构的疲劳性能研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)拉索强度高、重量轻且耐久性好,但长期处于潮湿服役环境下其锚固结构的可靠性存疑。为此对CFRP拉索进行了应力幅为200 MPa、应力上限为0.65极限强度的200万次疲劳循环试验,并令较低端的锚具放置于水环境中,在拉索两端内嵌光纤光栅测量轴向应变变化。结果表明:在循环荷载作用下,CFRP筋与锚固填料间产生微裂缝,锚具内部发生了应力重分布;水浸作用加快了锚具内的应力重分布,其规律分为两个阶段:第一阶段速率较大,主要集中在前50万次循环;第二阶段为50万次至200万次的循环,应力重分布逐渐平稳。研究的CFRP拉索安全通过了疲劳试验,但剩余强度降低了17%,说明水环境对CFRP拉索锚固结构耐久性造成的影响不可忽视。

耦合大量程光纤光栅的碳纤维增强复材板的传感特性研究

传统的加固维修方式很难以获知加固过程中桥梁全生命周期的监测情况以及加固效果,为此提出了一种在碳纤维(CFRP)板耦合大量程光纤光栅(FBG)传感器以制成自感知CFRP板的方法。为了验证耦合光纤光栅的CFRP板的应力、应变测量精度,基于国家标准静态性能指标相关计算准则,开展自感知CFRP板中光纤光栅传感性能指标的标定和张拉试验,并对传感特性理论及试验应变灵敏度的误差进行了分析。试验结果表明:自感知CFRP板中的光纤光栅具备良好的感知性能,其应变测量范围达到了1.2×10^-2以上,试验应变灵敏度不小于1.18 pm/10^-6,迟滞不大于1.52%,线性度不大于3.35%,重复性不大于2.29%,总精度不小于3.92%,可以达到实际工程需求。