内嵌钢丝GFRP-FBG智能复合筋的研制及其性能分析

目的研究一种新型玻璃纤维增强(GFRP)-光纤光栅(FBG)智能复合筋的制备方法及其力学和感知特性,为了改善FRP筋的弹性模量低,安全性能差的缺点.方法根据单向混杂纤维FRP筋制备原理,将多根细钢丝和光纤传感元件内嵌于GFRP筋中设计一种新型的内嵌钢丝GFRP智能复合筋结构,阐述其结构及制作工艺,并对其力学及感知特性进行了试验研究.结果给出了新型智能钢绞线的制备方法.通过试验确定新型智能筋的弹性模量与普通GFRP智能筋相比有所提高,内嵌2根、3根、4根钢丝的智能筋弹性模量分别提高了3.1%、5.8%、8.0%;应变感知线性相关系数为99.973%,内嵌2根、3根和4根钢丝的智能筋灵敏度系数分别为每应变1.12 pm、1.14 pm和1.18 pm.内嵌钢丝GFRP智能筋具有良好的力学特性,其弹性模量较普通GFRP复合筋有所提高;智能筋的应变和温度感知特性较好,应变感知灵敏度系数与GFRP智能筋相近,并与传统传感器监测结果相吻合.结论验证了该内嵌钢丝GFRP智能筋兼具受力与传感特性,适合于实际工程应用需要.

FRP-OFBG智能复合筋及其在加筋混凝土梁中的应用

结合纤维增强聚合物(FRP)的强度特性和光纤光栅(OFBG)的感知特性,研制开发出了FRP-OFBG智能复合筋,研究了它的力学、微观结构、感知等特性.通过FRP-OFBG加筋混凝土梁静载试验,监测了FRP筋的应变和混凝土开裂,研究了FRP筋与混凝土的滑移和混凝土梁的应变分布.结果表明,FRP-OFBG智能复合筋克服了光纤光栅在混凝土中埋设的工艺难题,是集感知和受力、功能材料和结构材料于一体的新型土木工程材料,既可以方便地作为混凝土结构的内部传感元件,也可以作为结构受力筋,具有很好的应用前景.

纤维增强复合筋中FBG的传感特性

纤维增强聚合物(FRP)具有突出的耐腐蚀、高强度、非磁性、质量轻、高疲劳限值的特性,而光纤布拉格光栅(FBG)具有抗电磁干扰、尺寸小、准分布式测量、抗腐蚀、绝对测量等突出优点.将FRP与FBG相结合,制作FRP-FBG智能复合筋.通过材料拉伸和温度试验分析智能复合筋的力学特性、应变传感特性和温度传感特性.试验结果表明:FRP-FBG智能复合筋既不改变FRP的力学特性也不改变FBG的应变传感特性,智能复合筋的温度传感性系数提高了约2.16倍.FRP-FBG智能复合筋克服了FBG在混凝土中埋设时难以保护的难题,是集功能材料和结构材料于一体的新型土木工程材料,具有广泛的应用前景.

FRP-FBG智能复合板的制作及其传感器特性研究

结合纤维增强聚合物(FRP)材料的强度特性和光纤布拉格光栅(FBG)的感知特性,研制开发了FRP-FBG智能复合板。阐述了FBG的应变和温度传感原理,研究了FRP-FBG智能复合板的制作工艺,通过标准材料试验和水浴法试验分析了该智能复合板的应变和温度传感特性。结果表明:与裸FBG相比,FRP-FBG智能复合板基本不改变FBG的应变传感特性,但温度传感系数却提高了约2.2倍;基于目前的光栅解调系统,该智能复合板可以探测识别1με与0.03℃的应变与温度变化。