基于BOTDA-FBG智能钢绞线的预应力损失监测

预应力筋作为预应力构件中的关键受力部位,其受力状态和现存预应力的大小是评估预应力构件安全性的主要指标。传统的预应力损失监测传感器存在着长期耐久性和稳定性差、信号传输距离短、不能绝对测量、布设方式复杂等诸多不足,严重限制了其在实际工程中的应用。基于增强纤维光纤布里渊与光纤光栅(FRP-BOTDAOFBG)智能筋的特点,考虑钢绞线的工作环境,设计开发出一种新型的光纤布里渊与光纤光栅智能钢绞线结构。并将其与传统预应力损失监测用传感器一起布设到直线单筋预应力混凝土梁和直线多筋预应力混凝土梁中,分别采用智能钢绞线内的光纤光栅传感器和光纤布里渊分布式传感器对预应力筋的预应力损失进行监测,并与规范计算值和传统传感器的监测结果进行对比。研究结果表明,智能钢绞线的监测结果能够正确反映预应力损失开展的趋势,且与传统传感器的监测结果和规范计算值相吻合。该新型智能钢绞线具有工程布设简单、耐久性好、绝对测量和实时监测能力强等优点,适合于预应力混凝土结构预应力损失的监测需要。

新型FRP-OFBG智能钢绞线的研制及其材料性能研究

通过用纤维增强树脂光纤光栅智能复合筋(FRP-OFBG筋)替换普通钢绞线中丝研制出了新型FRP-OFBG智能钢绞线。将智能钢绞线置于3 m拉索试验钢架台座上进行了静载试验,在5次循环加载后于第6次加载至破断,根据试验结果对FRP-OFBG智能钢绞线的应变传感性能及受力重复性能进行了研究。研究发现,智能钢绞线的感知线性度和重复性均较好,其承载力比不计FRP-OFBG筋强度的钢绞线的承载力略大,破坏形式为FRP-OFBG筋达到极限应力破坏后,钢绞线不滑丝并在中间位置破坏,可实现智能钢绞线破断的全过程监测,其最大应变可达9500με以上。结果表明,实用新型FRP-OFBG智能钢绞线是一种集应变感知和受力于一体的结构健康监测建筑材料。

基于FRP-OFBG智能钢绞线对无黏结部分预应力混凝土梁的全过程分析方法

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各个部位的应变值。提出了运用虚拟混凝土条带对无黏结混凝土梁截面进行开裂和破坏预警,以及FRP-OFBG智能钢绞线对无黏结预应力混凝土梁的全过程分析方法,经与试验结果对比,吻合良好,可为相关工程实践提供依据。

缓粘结智能钢绞线及其在预应力损失监测的应用

采用一种基于光纤传感技术的新型缓粘结预应力智能钢绞线(S-RPS Ra3-12 15.20-1860)代替部分预应力钢绞线应用于第二炮兵文工团排演中心和总后礼堂工程大跨度预应力混凝土梁、板结构中,并简要阐述了S-RPS预应力损失监测与安全评估过程。

FRP-OFBG智能钢绞线混凝土梁受弯性能研究

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各个部分的应变值,提出了运用虚拟混凝土条带对梁截面进行开裂和破坏预警,以及FRP-OFBG智能钢绞线混凝土梁的全过程分析方法.

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。

内嵌预压式大量程光纤光栅智能钢绞线的标定试验

内嵌预压式大量程光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)智能钢绞线解决了光纤光栅传感器监测量程不够的难题。为了保证光纤光栅智能钢绞线的应力应变测量精度,通过理论分析和静载试验标定了智能钢绞线FBG传感器的主要传感性能指标,并对传感器理论和试验应变灵敏度的误差进行分析,试验结果表明FBG传感器的传感性能满足工程要求,试验应变灵敏度Kε不小于1.17 pm/με,迟滞≤1.5%、线性度≤1%、重复性误差≤2.5%,总精度≤3%。

智能钢绞线在缓粘结预应力结构监测技术中的应用研究

结合光纤传感技术和缓粘结预应力技术,总结相关加工工艺及施工工艺,提出一种缓粘结智能钢绞线应力监测方法。结合工程实例,将缓粘结智能钢绞线应用于大跨度缓粘结预应力空心板结构中,对预应力损失进行全寿命监测,阐述数据处理和分析过程,为缓粘结预应力结构的设计和施工提供重要参考。

智能钢绞线的温度传感特性试验研究

针对光纤光栅的温度对应变交叉敏感的影响问题,设计及加工了智能预应力钢绞线的水浴循环装置,对无应力状态的钢绞线进行水浴循环试验,研究智能预应力钢绞线的温度补偿模型;对有应力状态的智能预应力钢绞线进行水浴循环试验,基于得到温度补偿模型修正光纤传感器的波长测试结果,并与振弦式压力传感器测试结果进行对比分析,验证了智能预应力钢绞线的温度补偿模型的有效性。研究结果表明:光纤光栅智能钢绞线温度传感系数为0.0226 nm/℃约为裸光纤的2.3倍,得出光纤波长变化量与温度变化的关系表达式及光纤波长变化量与张拉力变化的关系表达式;温度修正后的智能预应力钢绞线测试结果与振弦式压力传感器测试结果一致,相关系数达到0.97。

基于OF-FBG共线智能钢绞线的预应力损失监测

本文基于增强纤维光纤布里渊与光纤光栅共线智能筋的特点,考虑钢绞线的工作环境,设计开发出一种新型的光纤布里渊与光纤光栅共线智能钢绞线结构。该光纤光栅智能钢绞线具有工程布设简单、耐久性好、绝对测量和实时监测能力强等优点,适合于预应力混凝土结构预应力损失的监测需要。

基于光纤智能钢绞线的预应力施工精细化控制方法

在大跨度混凝土结构中建立准确有效的预应力十分重要,按原方法预估预应力损失后确定张拉控制的方法精度低且可控性差。采用光纤光栅智能钢绞线代替普通钢绞线,在预应力大规模张拉前通过智能钢绞线获取的有效应力值调整张拉控制,以达到精细化控制张拉的目的。国家会议中心二期项目使用该方法具有施工方便、不增加施工工序、不影响工期,张拉控制和张拉后的有效应力清晰可见等特点,具有较大的推广应用价值。

内嵌预压式大量程光纤光栅传感器的智能钢绞线的研制与性能分析

设计了一种在钢绞线中心丝上设置凹槽、在中心丝张拉持荷状态下于凹槽中嵌入光纤光栅(FBG)传感器的智能钢绞线,使FBG传感器在服役前产生一定的压应变,以解决FBG传感器封装存活率低以及监测量程不够的问题。理论分析了嵌入式FBG传感器与基体之间的应变传递率,对凹槽的截面尺寸、传感器的黏结长度以及封装材料的弹性模量提出了设计要求。以中心丝持荷值为变化参数,对FBG智能钢绞线进行不同监测量程的张拉实验。结果表明,实验数据具有良好的线性度和重复性;当中心丝持荷值达到中心丝极限承载力的30%以上时,FBG传感器的监测量程接近钢绞线的极限张拉力,从而实现对钢绞线全生命周期的监测。

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

有效监测后张法有黏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%σcon(σcon为张拉控制应力),曲线孔道梁短期预应力损失约24%σcon;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。

波形钢腹板组合梁体外预应力筋模型试验及建议公式

为研究波形钢腹板组合梁受弯破坏过程中弹性阶段体外预应力增量的影响因素和计算方法,验证了基于光纤的智能预应力钢绞线在桥梁工程中应用的可行性和优越性,基于光纤光栅智能钢绞线技术对波形钢腹板组合梁模型开展试验研究。考虑了荷载形式、剪切变形和二次效应,推导了弹性阶段适用于波形钢腹板组合梁的体外预应力筋应力增量的计算公式。研究结果表明:公式计算结果与试验结果吻合较好;在弹性阶段,二次效应对弹性阶段体外预应力增量的影响为0.2%,可以忽略不计;光纤光栅传感器和振弦式压力传感器测量的锚下预应力-荷载的发展规律相同,测试数据的误差最大值为4.01%,证明了光纤光栅智能钢绞线技术在工程应用中的可行性和准确性;光纤光栅智能钢绞线技术不仅具有传统钢绞线优异的力学指标和优良的感知性能,而且突破了振弦式传感器监测测点少的局限性,所以光纤光栅智能钢绞线技术比振弦式压力传感器更具优越性。

光纤光栅传感器研发及其在土木工程中的应用进展

从传感器类型出发介绍了表贴式、纤维增强聚合物式、管式和内嵌式封装光纤布拉格光栅传感器的结构型式、实施方式和关键技术,简述了各种封装方式传感器的工作原理、技术研发及工程应用进展,总结了不同封装方式传感器的优势和不足。然后,简要介绍了光纤布拉格光栅传感器在桥梁结构状态监测或检测中的典型工程应用案例。最后,指出了光纤布拉格光栅传感器在土木工程领域中的工艺工法、耐久性和分布式测量以及未来推广应用有待解决的关键问题等,为光纤布拉格光栅传感器技术优化及其在土木工程中的推广应用提供参考。

基于光纤传感技术的预应力混凝土收缩徐变损失监测

针对现有预应力混凝土收缩徐变损失监测用传感器存在的问题,在分析了预应力损失特性的基础上,提出了基于光纤光栅智能钢绞线的混凝土收缩徐变引起的单项预应力损失监测方法,采用以上方法获得了预应力混凝土试验梁的预应力混凝土收缩徐变损失,并与各国规范计算值进行了对比。该方法简单易行,监测结果能够正确反映预应力混凝土收缩徐变损失的演化规律。试验监测结果均小于各国规范的计算值,各国规范均偏于安全。各国规范与监测方法实测值相比,其安全度系数依次为英国规范CEB-FIP(1990):2.1,中交04规范:1.5,美国ACI209规范:1.25。

Application of Fiber Optic Sensor Technology in Intelligent Steel Strand

A twisted fiber optic sensor based on intensity modulation is described. The principle and structure of the sensor and the choice of steel strand modules are introduced. The sensor is used to determine the tensile strain and distribution. The experimental results show that the change of the transferring light power has an approximate linear relation with the outer force. The intelligent steel strands with this kind of sensor will have a good application in monitoring the concrete crack and deformation distribution in huge structures such as dams and bridges.