多种受力状态下结构分布式光纤传感应变传递及裂纹监测

摘要

分布式光纤传感器具有体积小，测试精度高、耐高温、耐腐蚀，能够对温度和应变进行分布式监测等优点，在结构健康监测领域有广阔的应用前景。光纤在使用中都要包裹涂覆层和保护套层。涂覆层和保护套层的存在将影响被测材料的应变向纤芯的传递，造成测量误差。被测构件在使用过程中不仅仅会产生轴向拉应变，还可能会承受弯剪扭等各种应变。因此，研究光纤保护层中的应变传递，尤其是被测构件在多种受力状态下的应变传递具有十分重要的意义。另外，本文还提出利用分布式光纤传感信号确定混凝土结构裂缝宽度的新方法。本文的主要研究内容如下。
　　分析和总结了前人对光线传感器保护层中应变传递机理的研究成果，在此基础上建立光纤在多种受力情况下应变传递的计算模型，通过有限元模型计算获得应变传递参数，验证理论推导的应变传递系数的正确性。
　　分别加工制作了工字钢梁和钢筋混凝土梁试件，采用不同的传感器埋设工艺，分别将光纤粘贴于被测对象表面和切槽埋入试件中，并布设对比用电阻应变片。分别对梁试件施加不同形式的荷载，得到光纤和电阻应变片应变值，将二者比值作为光纤传感器应变传递系数的近似；观察加载方式和布设方式对应变传递系数的影响。逐级增大荷载，观察应变传递系数随荷载的变化情况。
　　分析混凝土裂缝处光纤和混凝土的应变分布，根据裂缝处光纤和混凝土变形协调推算混凝土结构的裂缝宽度，得到一种由分布式光纤监测信号计算混凝土结构裂缝宽度的新方法；并通过已有的实验数据验证了该方法的正确性。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源和研究目的及意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 BOTDA技术的基本原理

1.4 本文的主要研究内容

第2章 分布式光纤多种应力下的应变传递

2.1 引言

2.2 光纤的应变传递

2.3 本章小结

第3章 分布式光纤应变传递的试验研究

3.1 引言

3.2 实验准备

3.3 梁受均匀应变情况

3.4 梁受分布力情况

3.5 梁受集中力情况

3.6 剪应力对光纤应变监测的影响

3.7 本章小结

第4章 基于分布式光纤的裂缝宽度计算

4.1 引言

4.2 分布式光纤监测裂缝试验简介

4.3 裂缝宽度计算

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢