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本征式光纤光栅智能结构研究

作　者: 尤磊
导　师: 周智
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 光纤光栅智能结构智能拉索应力松弛钢拉杆
分类号: TP212.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

目前“结构健康监测”已经成为世界性的研究热点之一,特别是基于光纤传感技术的“光纤智能结构智能监测”领域愈来愈成众多专家和学者关注的对象,其不仅是现代结构试验技术的集中体现,同时也是作为重大工程结构设计验证、施工控制,安全运营和损伤评估的重要技术。光纤智能结构具有抗电磁场干扰、耐久性好、可实现绝对分布式测量等优点,通过赋予结构特定智能和生命特征,从而有效的解决重大工程结构在役期间的健康监测和安全评定等问题,因此具有重大的社会意义和经济价值。斜拉索桥梁拉索,拱桥吊杆作为结构的主要受力构件在服役期间一般处于恶劣环境中,其应力状态直接关系到结构的服役功能(如挠度过大)和安全性(如裂缝过宽、断裂等)。因此,如何有效地对拉索进行在线实时监测、损伤诊断和寿命估计是一项十分重要且具有广阔应用前景的工作。本文针对传统拉索或吊杆(钢拉杆)电测(拉压力传感器、振弦式传感器等)或磁通量技术传感器布设困难以及不能满足结构长期监测的问题,在课题组已有的研究成果的基础上,研制开发具有高耐久性、高稳定性的光纤光栅智能结构:光纤光栅智能拉索和本征式光纤光栅智能钢拉杆,对纤维增强-光纤光栅复合智能筋(FRP-OFBG)的应力松弛特性进行了试验研究。本文的主要研究内容为:首先,针对斜拉索桥梁服役环境恶劣、服役期限长,以及钢拉索缺乏长期有效的内力监测手段的问题,将高耐久性、抗拉强度高的FRP-OFBG智能筋与平行钢拉索复合,研制开发具有自监测特性的光纤光栅智能拉索,通过30根实体拉索传感性能进行利用标定试验和统计方法进行研究;其次, FRP-OFBG在土木工程中长期测试受到应力松弛等因素的影响,从试验角度研究FRP-OFBG的长期应力松弛性能,推导了其应力松弛的数学模型,利用理论和试验结果对FRP-OFBG智能筋的应力松弛带来的影响进行了定量分析,为修正FRP-OFBG智能筋长期测试中受到应力松弛的影响提供依据。最后,针对目前钢拉杆构件缺少施工荷载下的内力测试和服役期间的长期监测手段问题,采用玻璃钢封装技术研制开发出一种新型的基于光纤光栅绝对测量传感技术的高耐久性智能钢拉杆,并对其传感特性进行试验研究。智能钢拉杆具有抗电磁干扰、传感距离长、成本低、耐腐蚀、绝对测量等优点,既可以方便给出任何阶段的受力状态,也可以作为一个大应变式荷载传感器,对与它相邻的结构进行荷载监测,适合用于恶劣服役环境下的钢拉杆工程结构。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题的背景和意义  9-10
  1.2 光纤智能结构的国内外研究与应用概括  10-15
    1.2.1 光纤光栅传感技术研究概况  10-12
    1.2.2 光纤光栅智能结构的研究概况  12-13
    1.2.3 FRP蠕变与应力松弛的研究概况  13-15
  1.3 本文主要研究内容  15-17
第2章本征式光纤光栅智能拉索的研制  17-28
  2.1 引言  17
  2.2 光纤光栅智能拉索  17-22
    2.2.1 FRP-OFBG智能拉索感知原理  18-19
    2.2.2 FRP-OFBG智能拉索的制作工艺  19-21
    2.2.3 智能拉索的感知性能试验研究  21-22
  2.3 试验结果与分析  22-26
    2.3.1 智能拉索传感试验结果与分析  22-26
    2.3.2 试验结果的统计分析  26
  2.4 本章小结  26-28
第3章 FRP-OFBG智能筋的应力松弛试验研究  28-41
  3.1 引言  28
  3.2 应力松弛试验  28-40
    3.2.1 材料的应力松弛特性  28-30
    3.2.2 应力松弛试验准备  30
    3.2.3 试验过程  30-32
    3.2.4 结果分析与讨论  32-40
  3.3 本章小结  40-41
第4章本征式自监测光纤光栅智能钢拉杆的研制  41-51
  4.1 引言  41-42
  4.2 光纤光栅智能钢拉杆研制与感知原理  42-44
    4.2.1 光纤光栅智能钢拉杆的研制  42-43
    4.2.2 光纤光栅智能钢拉杆感知原理  43-44
  4.3 光纤光栅智能钢拉杆感知性能试验研究  44-49
    4.3.1 光纤光栅智能钢拉杆静载拉伸试验  44-45
    4.3.2 试验结果与分析  45-49
  4.4 本章小结  49-51
结论  51-53
参考文献  53-59
致谢  59

本征式光纤光栅智能结构研究

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