混凝土桥光纤光栅监测与复合铺装结构研究

摘要

光纤光栅传感器是近年来迅速发展起来的一种新型传感器,除具有传统电类传感器的功能外,它还具有分布传感、抗电磁干扰、精度高、长期稳定性好等优点,在大型土木工程结构(如桥梁结构等)的健康监测中有着广阔的应用前景.该文结合高速公路上已建混凝土桥梁结构的监测,首先在等强度标准钢梁上进行了光纤光栅传感器的标定以及应变传感特性试验,得到了光纤光栅应变传感器的线性度、灵敏度和重复性等基本传感参数.然后着重进行了在桥梁监测中应用较多的振弦传感器与布拉格光栅传感器埋入混凝土梁中的对比试验研究,试验结果表明光栅传感器相比振弦传感器而言能满足实际工程应用的要求.最后根据光纤光栅传感技术在桥梁监测中的应用,探讨了其在桥梁监测中应用所面临的一些关键技术问题及实现途径.在进行装配式混凝土简支板桥复合铺装结构的探讨性研究前,先介绍了接触分析基本理论,并提出了考虑混凝土桥面板板间接触、沥青混凝土加铺层与桥面接触等接触分析在有限元分析中的实现思路.结合一座装配式简支板桥现场试验数据,采用ANSYS对该桥在加铺前后进行了实体建模与计算分析,讨论了沥青混凝土加铺层对下部结构物的影响.在此基础上,对该类装配式混凝土简支板桥沥青混凝土复合铺装结构受力特性进行了分析,提出了该类桥型沥青混凝土加铺层的设计控制指标,给出了加铺层控制剪应力随厚度改变的变化规律,并探讨性地提出了混凝土桥复合铺装结构设计方法.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2光纤光栅传感技术在桥梁监测中的研究应用现状

1.2.1桥梁结构监测现状

1.2.2光纤传感技术应变传感机理研究现状

1.2.3光纤光栅传感器在桥梁结构监测中的应用现状

1.3混凝土桥面沥青混凝土复合铺装结构研究现状

1.4本文所作的主要工作

第2章光纤光栅传感技术在桥梁监测中的应用研究

2.1光纤光栅传感技术基本原理

2.1.1光纤光栅的基本结构

2.1.2光纤光栅传感原理

2.1.3光纤光栅应变、温度传感特性

2.1.4光纤光栅解调技术

2.2光纤光栅应变传感试验

2.2.1光纤光栅的应变传感特性标定

2.2.2光纤光栅应变传感的荷载重复性试验

2.3光纤光栅传感器与钢弦计的对比试验研究

2.3.1振弦式传感器的工作原理

2.3.2埋入混凝土梁中的对比试验研究

2.3.2试验结果与分析

2.4光纤光栅传感技术在桥梁结构监测中的应用

2.5光纤光栅传感技术应用中的关键问题与解决途径

2.5.1光纤光栅传感器的埋设与保护

2.5.2光纤光栅的应变与温度的交叉敏感

2.5.3光纤光栅传感技术的分布传感

2.5.4光纤光栅的远程网络监测评估

2.6本章小结

第3章考虑接触分析的理论与实现

3.1接触力学基本理论

3.1.1接触的分类

3.1.2接触的参考坐标

3.1.3弹性半空间假设

3.1.4弹性半空间体的线载荷和点载荷

3.1.5弹性接触的Hertz理论

3.1.6弹性物体的非Hertz理论

3.2层间接触单元

3.3考虑加铺层与下部结构共同工作在ANSYS上的实现

3.3.1混凝土桥复合铺装结构力学计算模型

3.3.2单元类型选取

3.3.3材料属性

3.3.4求解模式

3.4本章小结

第4章混凝土桥复合铺装结构受力分析

4.1加铺沥青混凝土前桥梁结构试验研究与受力分析

4.1.1荷载试验方案

4.1.2有限元模型建立

4.2混凝土桥复合铺装结构受力特性分析

4.2.1加铺后试验结果与有限元计算结果的对比分析

4.2.3沥青混凝土加铺层受力特点分析

4.3沥青混凝土加铺层受力参数分析

4.3.1参数取值

4.3.2加铺层厚度变化时加铺层受力分析

4.4混凝土桥面沥青混凝土铺装结构设计方法探讨

4.4.1结构设计步骤

4.4.2抗剪设计

4.5本章小结

第5章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢