FBG用于碳纤维钢筋混凝土结构健康监测可靠性研究

摘要

本论文针对钢筋混凝土监测这一背景，提出了利用布拉格光纤光栅传感器在混凝土上的健康监测。从理论的角度阐述FBG传感特性，研究FBG传感器的应力、应变和温度传感的特点，研究温度补偿方案方法，并将其应用于碳纤维钢筋混凝土中的应变测量。论文从以下两个方面进行相关研究:
　　(1)列出论文研究的背景，背景主要是钢筋混凝土的发展状况，碳纤维的国内外研究状态，光纤光栅的历史，特点等方面进行阐述。重点放在光纤光栅的特点上，从光纤光栅原理出发，分析了FBG应变与温度传感及特性，以及FBG中心波长变化对传感灵敏度的影响，研究了FBG应变和温度交叉敏感问题，推导了温度补偿原理。在对均匀轴向应力和横向应力的作用获得的中心波长的漂移的比较，发现FBG对轴向应力比横向应力更为敏感，所以在研究中通常只考虑到轴向应力的作用。
　　(2)针对土木工程结构健康监测的需求，本次论文首先从实验的角度制作了3个100×100的碳纤维混凝土试块。利用电测法测出应变，计算出检测弹性模量。其次制作长度1200，直径200的钢筋笼，在钢筋笼的中间部位放置埋入式光纤光栅传感器和封装好的电阻应变片，再调制碳纤维混凝土浇筑形成圆柱桩。养护期一个月以后做抗弯实验，利用光纤光栅传感器进行健康监测，并且进行了温度补偿。数据显示符合预期要求，证明了嵌入式光纤光栅传感器是碳纤维钢筋混凝土结构内部应变测量的理想传感元件，能够满足实际健康监测要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．1．1 钢筋混凝土的发展历史

1．1．2 碳纤维混凝土的发展

1．2 光纤光栅传感器的历史

1．3 工程结构健康监测的现状

1．3 本文研究的主要内容

第2章 光纤光栅传感器

2．1 引言

2．2 光纤光栅在国内外的技术发展状况

2．2．1 国外的应用研究主要集中在军事和非军事工程两个领域

2．2．2 国内光纤光栅技术的发展状况

2．3 光纤光栅的特性分类

2．4 光纤光栅传感器的特点

2．5 光纤光栅传感器的解调与查询技术

2．5．1 光纤光栅传感信号解调

2．5．2 光纤光栅传感器的复用技术

2．6 光纤光栅传感器的应用

2．6．1 光纤光栅在通信领域的应用状况

2．6．2 光纤光栅在传感领域中的应用

2．7 目前面临的问题

2．8 光纤光栅的埋入技术

2．8．1 在钢筋混凝土中埋入光纤光栅的方法

2．8．2 复合材料中埋入光纤的方法

2．8．3 金属材料中埋入光纤的方法

2．9 来发展的趋势

2．10 光纤光栅传感器的工作原理

2．10．1 纤光栅传感器的基本原理

2．10．2 均匀轴向应力下的光纤光栅传感特性探讨

2．10．3 均匀横向应力作用下的光纤光栅传感特性分析

2．10．3 光纤光栅温度传感特性探讨

2．11 光纤光栅温度传感模型存在的问题

第3章 光纤光栅嵌入碳纤维钢筋混凝土结构应变测量的研究

3．1 利用电阻应变片测量含有碳纤维混凝土的弹性模量和强度极限

3．1．1 金属电阻应变片

3．1．2 实验方案设置

3．1．3 电阻应变片的粘贴

3．1．4 实验过程

3．1．5 结果分析

3．2 利用光纤光栅传感器检测圆柱桩的抗弯性能

3．2．1 实验装置设置方案

3．2．2 传感器的分布和安装

3．2．3 碳纤维的浇筑和养护

3．2．4 圆柱桩实验的加载及结果分析

第4章 论文总结与展望

4．1 结论

4．2 展望

致谢

参考文献

硕士期间公开发表的论文