基于FRP-OFBG复合智能筋的基桩内力监测

桥梁深水基础的基桩是整桥的重要组成部分,其受力状态是评价基础工程乃至整桥安全性的关键指标之一。本文以南京长江第三大桥南塔基桩受力计算及分析为基础,选择群桩中的2根边桩作为监测对象并确定出合理的监测断面。为克服传统传感器在抗干扰能力及寿命方面的缺点,尝试采用纤维增强塑料封装的光纤布拉格光栅应变传感器。监测结果表明:传感器布设工艺可靠,基桩内力量测值合理,且承载力余量尚大。

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.

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.

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.

FBG智能传感器及其在土木工程中的应用研究

光纤光栅传感器已经越来越得到土木工程界的认可,并应用到了实际工程.针对大型土木工程结构长期健康监测的变形监测需要,在光纤光栅传输理论的基础上,分析了光纤光栅应变与温度传感特性以及光纤光栅应变传感的温度补偿原理和方法;研制开发出满足工程应用的光纤光栅封装传感器、FRP-OFBG复合智能筋、光纤光栅智能拉索;此外,考虑传感器开发和工程应用的需要,研究了光纤光栅应变传感的界面传递机理和误差修正.最后,建立了光纤光栅智能监测系统,并成功地将光纤光栅传感器应用到实际桥梁结构的施工与运营监测.

智能型碳纤维复合材料筋材的制备及应变传感特性的研究

现有裸光纤光栅的应用方式主要为粘贴在受力筋、结构表面或者埋入混凝土,易受到混凝土振捣、泌水、离析、干缩等影响,导致其数据失常。为了对裸光纤光栅实施有效的保护,基于碳纤维复合材料筋材独特的拉挤成型工艺,在筋材的制备过程中预埋入裸光纤光栅,制备出智能型碳纤维复合材料筋材,并对其应变传感特性进行测试,探索将其应用于桥梁监测的可能性。试验结果表明:初次加载时,智能复合筋的应变传感灵敏度分别为1.05 pm/με、0.96 pm/με;重复加载后,应变传感灵敏度分别为1.12 pm/με、1.07 pm/με。初次加载与重复加载应变传感灵敏度仍然保持在1.0 pm/με左右,基本没有改变其应变传感特性。表明在碳纤维复合材料筋材中预埋入裸光纤光栅制备智能型复合筋实施监测是可行的,可将其应用于桥梁结构的监测中。

FRP-FBG桥梁智能拉索开发和传感特性研究应用

针对传统力传感器监测桥梁拉索应力布设不方便、测试精度低及其裸光纤光栅传感器比较脆、极限应变比较低等弊端,提出利用高耐久性和高强度的玻璃纤维材料封装光纤光栅传感器,研制出了光纤光栅智能筋复合传感器(GFRP-OFBGS)监测桥梁拉索应力。首先,给出了GFRP-OFBGS的加工工艺及其在桥梁拉索中的布设方法,使之与桥梁拉索协同变形。并根据不同的布设方法,开发了粘结式和取代式两种自监测智能拉索。然后,对不同直径GFRP-OFBGS传感特性进行了研究,得出裸光纤光栅通过FRP封装后,它的应变灵敏系数没有改变,温度灵敏系数提高了1.7倍。随着GFRP-OFBGS的直径增加,极限应变也相应增加。其次,对粘结式和取代式两种自监测智能拉索分别进行了张拉试验,其测试结果很好地表征了整个张拉过程和张拉力的大小。最后,对GFRP-OFBG传感器在拱桥系杆的布设工艺进行了探索,并在四川峨边大渡河拱桥系杆施工中得到了具体实施和应用,成功地监测了系杆的整个张拉过程。基于一年的监测数据,检验了系杆张拉效果并判断了目前的运营状况。

纤维智能复合筋及其智能吊杆传感器特性研究

提出在玻璃纤维智能复合筋(GFRP)中布设光纤光栅(OFBG),研制出了GFRP-OFBG传感器。通过位伸试验发现,GFRP-OFBG传感器极限应变约为裸OFBG的1.6倍,接近钢铰线极限应变的75%;通过标定试验,得到了它的应变灵敏度系数。对GFRP-OFBG传感器在吊杆中的布设工艺进行了探索,形成了自监测智能吊杆,并进行了试验,结果表明,GFRP-OFBG传感器能够很好地表征吊杆受力情况,测试结果与实际值非常吻合。

光纤光栅智能复合筋传感特性及其工程应用

提出一种新型的玻璃纤维光纤光栅(GFRP-OFBG)智能复合筋传感器监测桥梁拉索应力。通过标定试验,得到GFRP-OFBG传感器的应力和温度传感特性。比较了不同直径的GFRP-OFBG传感器极限应变,得出直径为7 mm的GFRP-OFBG传感器适合桥梁拉索应力监测,其极限应变能达到8 000μs。最后,对GFRP-OF-BG传感器在拱桥系杆的布设工艺进行了探索,并在四川峨边大渡河拱桥系杆施工中得到了具体实施和应用,成功地监测了系杆的整个张拉过程。基于1年的监测数据,检验了系杆张拉效果及其判断了目前的运营状况。

光纤布里渊与布喇格光栅共线技术的温度互补偿

为了解决实际工程应用中光纤光栅和分布式布里渊共线技术测试应变的绝对温度补偿方法成本较高、不易布设等问题,采用光纤布里渊和布喇格光栅共线技术应变感知的温度互补偿方法,通过感知探头——双光纤光栅-纤维增强复合智能筋的室内和户外温度补偿试验探讨了该方法的有效性和适用性。结果表明,该方法可以实现光纤布里渊和光纤光栅的准分布式温度互补偿,误差低于8%,在工程接受范围内。此外,该技术还能同时给出应变和温度双参量测试结果,简化了传感系统,降低了布设成本,适合实际工程应用。

GFRP自感知监测设备在高速铁路四线桥中的应用

在杭台高速铁路椒江特大桥的一联四线预应力混凝土连续梁上布置GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)自感知应变计和智能筋两种应变监测设备,采用数值模拟与实桥试验相结合的方法,测试两种监测设备在铁路工程中的应用效果。结果表明:建立的局部模型比较合理,用其计算得到的应变值可用于评价GFRP自感知应变计和智能筋工作性能;两种监测设备的工作性能稳定,反应灵敏,各测点混凝土和钢筋的实测应变曲线在无列车通过时比较平稳,在有列车通过时呈现出与主梁受力一致的波峰和波谷;两种监测设备能够较准确地反映桥梁结构的瞬时和长期受力情况,无列车通过时各测点的应变、列车通过前后应变增量均与计算值基本吻合;监测云平台建立一年半以来,两种监测设备运行状况良好,可进一步推广应用于铁路桥梁长期健康监测中。