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光纤传感技术监测型钢水泥土搅拌墙的应用研究

作　者: 彭智
导　师: 范进；丁勇
学　校: 南京理工大学
专　业: 结构工程
关键词: BOTDA 传感光纤 H型钢封装监测 ABAQUS 应变水平位移
分类号: TU753
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 49次
引　用: 2次
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内容摘要

本论文介绍了一种利用BOTDA分布式光纤传感技术测量型钢水泥土搅拌桩芯材(即H型钢)受力变形的新方法。通过在H型钢表面布设分布式传感光纤,获取型钢水泥土搅拌墙在基坑开挖过程中应变、水平位移等受力变形数据,作为指导基坑开挖施工的监测依据。借助室内试验、现场试验以及有限元分析等多种研究方法和手段,对该方法的应用和H型钢的变形机理进行了探讨和研究,取得了以下成果和结论：1设计了分布式传感光纤在H型钢上的封装工艺,即将传感光纤在H型钢腹板表面形成U形回路,利用结构胶使其与型钢表面紧密联合,产生共同变形,借助测量光纤的应变值分析得到型钢的受力变形数据。该施工方法不仅解决了钢结构易锈蚀,不易与光纤粘结的问题,同时也解决了光纤易剪切断裂的问题,从而实现了分布式传感光纤在大型钢结构上的良好封装。2通过H型钢室内试验研究,对比光纤测量值与应变片测量值后发现,两者基本吻合,不同之处在于光纤测量值数据量大,曲线平滑,而应变片只能进行点式测量,数据量较少,离散性较大；通过对比不同铺设位置处光纤的应变测量结果,发现翼缘与腹板夹角处的变形比翼缘处的变形更稳定,适合作为分布式传感光纤的铺设位置；对比加强型光纤和普通光纤的测量值发现两者基本一致,说明该两种光纤在测量时均能取得不错的效果；3在广州JFE钢铁厂房四号基坑中的型钢变形监测中,采用计算机控制程序实现了数据实时、远程、全天候监测,并且提出了不需要确定中性面位置的桩身水平位移连续计算方法以及实现了桩身变形测量的温度自补偿,通过上述数据采集与处理,得到了型钢的应变、水平位移等受力变形数据,对基坑开挖过程进行安全预警；4通过ABAQUS有限元模型模拟基坑开挖过程,分析了基坑土体隆起、水平位移以及H型钢竖向、水平位移的规律,并且将H型钢应变、水平位移模拟值同现场实测值进行对比分析,发现两者基本吻合,说明BOTDA分布式传感光纤技术能够适用基坑开挖工程监测,其在未来土木工程测量中具有良好的发展前景。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-11
  1.1 论文选题  9
  1.2 研究现状  9-10
  1.3 研究内容  10
  1.4 研究方法  10-11
2 基坑监测技术  11-23
  2.1 概述  11
  2.2 现状及发展  11-12
  2.3 基坑监测的内容  12-15
    2.3.1 围护结构顶部水平、竖向位移监测  12-13
    2.3.2 围护结构(土体)水平位移  13
    2.3.3 围护结构内力  13
    2.3.4 支撑轴力  13-14
    2.3.5 坑底隆起(回弹)  14
    2.3.6 孔隙水压力  14
    2.3.7 周边建筑物沉降  14-15
  2.4 基坑工程主要监测技术  15-20
    2.4.1 全站仪  15-16
    2.4.2 近景摄影测量  16
    2.4.3 测斜仪  16-17
    2.4.4 水准仪  17-18
    2.4.5 应力计  18
    2.4.6 应变片  18-19
    2.4.7 光纤传感技术  19-20
  2.5 监测技术优缺点对比  20-21
    2.5.1 传统监测技术  20
    2.5.2 新型监测技术  20-21
  2.6 小结  21-23
3 光纤传感技术监测型钢水泥土搅拌墙  23-37
  3.1 型钢水泥土搅拌墙  23-27
    3.1.1 概述  23-24
    3.1.2 特点  24-25
    3.1.3 型钢水泥土搅拌墙的应用及发展  25-26
    3.1.4 适用条件  26-27
  3.2 光纤传感技术  27-34
    3.2.1 概述  27
    3.2.2 光纤传感器类别  27-28
    3.2.3 点式光纤传感器  28-29
    3.2.4 准分布式光纤传感器  29-30
    3.2.5 分布式光纤传感器  30-34
  3.3 BOTDA监测型钢水泥土搅拌墙  34-37
    3.3.1 原理  34-35
    3.3.2 光纤封装  35-36
    3.3.3 型钢监测  36-37
4 H型钢受力变形室内试验研究  37-43
  4.1 试验材料  37
  4.2 试验方案  37-38
  4.3 数据分析  38-42
    4.3.1 光纤测量数据与应变片测量数据对比  38-39
    4.3.2 H型钢上下表面光纤应变测量值分析  39-40
    4.3.3 加强型光纤与普通光纤测量值对比  40-41
    4.3.4 实测挠度曲线与理论挠度曲线对比  41-42
  4.4 小结  42-43
5 广州JFE钢铁厂房四号基坑现场试验研究  43-71
  5.1 工程背景  43-45
    5.1.1 项目概述  43-44
    5.1.2 土层参数  44
    5.1.3 基坑开挖步骤  44-45
  5.2 BOTDA分布式光纤传感技术监测H型钢变形  45-57
    5.2.1 监测方案  45-47
    5.2.2 传感器封装及H型钢下桩  47-49
    5.2.3 数据采集  49-50
    5.2.4 数据处理  50-54
    5.2.5 光纤监测数据分析  54-57
  5.3 ABAQUS有限元模拟  57-66
    5.3.1 计算模型建立  57-58
    5.3.2 网格划分  58-59
    5.3.3 有限元数据分析  59-66
  5.4 有限元模拟值与光纤实测数据对比  66-71
    5.4.1 应变值对比  66-68
    5.4.2 水平位移对比  68-71
6 结论与展望  71-73
  6.1 结论  71-72
  6.2 展望  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-83
附录  83

光纤传感技术监测型钢水泥土搅拌墙的应用研究

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