低温敏型长标距FBG应变传感器的开发及工程应用

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随着我国经济社会的快速发展以及城市化的客观需求,许多构(建)筑物需要拆除或改造。传统的拆除仅依赖施工人员的经验,安全系数非常低,对结构倒塌的方位也无法进行精准控制,随机性比较大。因此,非常有必要对工程拆除阶段进行结构健康监测。为了满足混凝土结构监测的实际需要,本文研制了一种低温敏型长标距FBG应变传感器,并将其成功应用于混凝土筒仓拆除工程监测当中,取得了良好的监测效果。本文的结构如下:第一章首先介绍了拆除领域的现状和拆除工作中造成的重大伤亡事故,说明在拆除工程中进行结构健康监测具有重要意义。然后阐述了国内外学者在长标距传感器领域的研究现状,总结了现有长标距传感器存在的不足之处,最后介绍了本论文的主要研究内容。第二章主要内容为长标距FBG应变传感器的设计以及传感性能的研究。首先从理论上详细推导了长标距传感器标距长度的确定原则,其中最长标距长度的确定主要从荷载分布和传感器受压失稳两个方面综合考虑,最短标距长度的确定主要由粗骨料的最大粒径决定。然后详细介绍了长标距FBG应变传感器的封装方式和工作原理,最后从单轴拉伸、弯曲和循环载荷三个方面开展实验对传感器的传感性能进行研究。第三章介绍了夹持式混凝土长标距FBG应变传感器的低温敏设计。从理论上推导出低温敏传感机制的公式,通过选择合适的负热膨胀材料,并调整外套管和内套管长度,实现了传感器的温度去耦特性。然后通过实验成功验证了低温敏传感机制理论的适用性和封装的可靠性。最后将其安装在长泰大桥上测试低温敏效果,并与同位置的振弦式应变计进行对比。通过对五个月监测数据的分析可以得出:低温敏型混凝土长标距FBG应变传感器能够有效的消除交变温度场引起的测量误差,表现出良好的低温敏效果。第四章主要内容为长标距FBG应变传感器在混凝土筒仓拆除工程中的实际应用。首先介绍了监测方案,然后运用ABAQUS有限元分析软件建立筒仓模型,模拟筒仓在不同开孔率下动力和静力参数的变化。监测结果表明,所采用的长标距FBG应变传感器信号稳定,能够快速、准确的反映出结构的应变变化,精确实测到拆除过程中固有频率的变化,与有限元模拟得到的结果基本吻合,并成功对结构倒塌做出预警。
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