分布式长标距FBG传感技术在桥梁结构监测中的应用研究

为了在桥梁健康监测中准确获得结构变形,对基于分布式长标距光纤光栅(FBG)传感技术进行研究。该方法对FBG传感器进行二次开发,增长其测量标距,采用耐久、力学性能良好的封装材料对其进行封装;根据共轭梁法原理,利用FBG测量到的应变分布计算结构变形。在试验用混凝土"T"梁上安装标距长度为50cm的长标距FBG分布式传感器,并同时安装百分表实测挠度,两者测量结果表明:分布式长标距FBG传感技术可有效监测结构的受力和变形,与百分表所测到的挠度值误差在5%之内。

基于长标距光纤应变传感器的桥梁挠度识别技术研究

主梁挠度能够直观的反映桥梁的工作状态及适用性,通过监测变形可以实时了解桥梁运行状态及损伤情况,是评估桥梁健康状态的重要指标。开展了基于长标距光纤应变传感器的桥梁挠度识别技术研究,首先介绍了基于长标距应变的挠度计算方法及原理,通过室内简支钢梁静力试验验证了该方法的有效性与可靠性。然后将该方法推广应用于实桥上,采用长标距应变传感器对桥梁的动态应变响应进行实时监测,基于共轭梁算法实现结构动挠度反演,与封闭式连通管法监测的动挠度进行对比,结果表明该方法具有足够的精度,满足挠度测量需求,能够同时实现结构应变、主梁挠度两种结构安全关键参数的识别,一专多能,可在实际工程中进行推广应用,具有较高的应用价值。

基于长标距FBG应变传感器的筒仓拆除实时监测

为确保大连华能混凝土筒仓在物理开凿拆除过程中施工人员和施工机械的安全,设计了长标距光纤光栅(FBG)应变传感器进行全过程实时监测。通过对传感器采集的应变数据进行静力和动力分析,得到筒仓结构表面应变和固有频率随开孔率的变化情况,进而对结构损伤情况进行识别。在混凝土筒仓监测过程中,该传感器运行稳定,获得了整个拆除过程中结构应变响应数据,并对结构倒塌做出预警,混凝土筒仓成功按照预定方位倒塌。此研究成果解决了传统拆除作业中的盲目性及安全措施延时被动的问题,为同类混凝土拆除工作提供了重要的技术参考。

基于分布式应变传感的混凝土梁监测方法研究

裂缝、挠度和弯矩是评价混凝土梁使用性能和安全性能的关键指标,实施全面监测一般需要多种传感方法,成本高,系统不易维护。为此,本文提出一种基于分布式应变传感的混凝土梁关键指标全面监测方法。首先,基于电阻应变传感技术,提出了分布式长标距应变传感器,并通过试验验证其优良的应变传感性能。然后,将应变输入纤维模型,建立了裂缝、挠度和弯矩的理论解析方法。最后,通过室内模型静载试验对提出的方法进行了验证。研究结果表明:文中提出的方法可准确评估裂缝、挠度和弯矩,误差可控制在10%左右。

基于FBG传感器的结构健康监测体系及其应用

简述了现在日本利用结构健康监测的数据进行结构性能评价的方法以及实测数据处理分析技术的现状,介绍了一种针对大跨度抗弯结构的分布式监测系统的构筑方法,并将该方法应用于桥梁结构健康检测和监测系统。该方法基于笔者参与开发的长标距光纤布拉格光栅(FBG)传感器建立的分布式传感系统,结合使用监测数据分析软件Sfor D,通过测量应变实现结构的健康监测,监测桥梁的应变分布情况、沿长度方向的桥梁挠度分布、结构振动特性(如振动频率和振型)、荷载、桥梁损伤探测等信息。应用案例表明,监测系统提供的实测结果与理论分析结果吻合良好。本文可为智慧城市及智能结构的建设提供多功能的结构健康监测和检测方面的解决方案。

基于宏应变的CFRP板桥梁加固效果快速评估试验研究

为实现在不中断正常交通情况下对既有公路桥梁加固效果进行快速量化评估,本文以预应力CFRP板加固空心板足尺梁为试验对象,基于长标距光纤光栅应变传感技术,推导了移动车辆荷载下简支梁桥长标距应变影响线计算公式;在此基础上,研究了预应力CFRP板加固桥梁前后长标距应变影响线的表现特征,提出了基于移动车辆荷载下长标距应变时程面积包络线的桥梁加固效果评估指标;开展了预应力CFRP板加固空心板梁足尺试验研究,并对其加固效果进行了快速评估与监测。试验结果表明:基于移动车辆荷载下的桥梁长标距应变影响线能够有效地评估预应力CFRP板桥梁加固效果,长标距应变时程面积随着CFRP板预应力水平的增加而减小,通过评估分析得到本次加固试验中桥梁加固效果分别为7.07%、6.90%。

基于宏应变监测的CFRP板桥梁加固预应力评估理论研究

为实现对预应力CFRP板桥梁加固初期和后期预应力损失进行快速监测评估,采用新型分布式监测手段,推导了桥梁结构在端锚全粘贴预应力CFRP板加固后的梁底混凝土的长标距应变数值求解方法,并在此基础上提出了静、动态预应力CFRP板的预应力损失监测评估指标;然后通过数值算例,建立了精细化预应力CFRP板加固多片小箱梁的三维数值分析模型,研究不同车辆参数和不同预应力加固水平对上述静、动预应力损失评估方法精度的影响。研究结果表明:各预应力损失工况下静态预应力损失评估方法误差小于2.0%,动态预应力损失评估方法误差小于2.8%,证明所提方法的准确性和理论可行性,为相关试验研究奠定理论基础。

基于光纤传感的盾构隧道收敛变形监测研究

基于光纤光栅应变传感技术,建立了盾构隧道收敛变形的监测方法,提出了长标距光纤传感器的封装结构,建立了应变反演收敛变形的理论方法,通过室内足尺盾构模型试验,验证了所提方法的有效性,指出光纤传感在稳定性、耐久性等方面具有一定优势,应用前景广阔。