用于土木工程结构的新型长标距传感试验研究

摘要

土木工程结构一般体量和尺度大，特别是其中最常用的钢筋混凝土结构，其内部存在较多的微裂纹及气泡等缺陷且在受拉状态下混凝土易开裂，短标距（点式）传感器会受到局部损伤的影响，无法准确反映结构整体的工作状态。长标距应变传感技术可以在待测结构存在局部裂缝的情况下，反映待测区域的平均应变，还可以在结构上全面布设，形成分布式传感器网络，对结构整体进行全面监测。因而，长标距传感更适合于土木工程结构监测。
　　本文使用康铜电阻丝作为传感材料，通过对其进行妥善的封装处理制作出了一种适合土木工程结构健康监测且具有实用价值的新型长标距电阻丝(Long-gauge ResistanceWire，LG-RW)传感器。并通过各种实验，研究了LG-RW传感器的监测性能和实用性，现将本文所做的主要工作和主要结论总结如下:
　　(1)首先，提出了一种LG-RW传感器的封装方法，制作了系列不同标距长度的LG-RW传感器并进行了标定试验。实验结果表明:封装后的LG-RW传感器标定系数为2，与常用的电阻应变片的标定系数相同，25cm标距电阻值为170Ω±2Ω，50cm标距RW传感器的电阻值为340Ω±4Ω，线性度均达到0.997以上。在500με范围标定时，线性度达到0.999，在静态测试中，传感器精度可以达到5με。
　　(2)然后，通过混凝土梁的四点弯试验，研究了LG-RW传感器的静态监测与损伤识别性能。通过各个单元LG-RW传感器的数据获得梁的破坏状态和梁底位移。实验结果表明，LG-RW传感器可以的裂缝进行有效的捕捉。LG-RW传感器的实测数据较为精确，在1000με以下时，绝对误差不超过25με，当应变大于1000με时，随着应变的增加绝对误差略微增加，但相对误差不超过5％。
　　(3)此外，通过对竖放悬臂扁梁进行损伤监测试验，研究了LG-RW传感器的动态测试性能。经过频谱分析，LG-RW传感器能够准确的得出各个振型的参与系数，识别结果与FBG传感器接近，频率识别误差不超过0.2％，也能够准确识别结构的长标距应变模态。同时，通过LG-RW传感器监测得到的长标距应变模态可以准确的对损伤进行定位，并能较准确的对损伤进行定量识别。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 土木工程中常用应变传感器及其长标距化

1．2．1 电阻应变片

1．2．2 光纤光栅(FBG)传感器及其长标距化

1．2．3 长标距碳纤维传感技术

1．3 LG-RW传感器的提出

1．4 主要研究内容

第二章 LG-RW传感器的封装及其传感性能研究

2．1 电阻应变传感原理

2．2 电阻传感材料的选择

2．3 封装方式研究

2．3．1 传感器封装的基本原则

2．3．2 传感器的封装方式

2．3．3 传感芯制作

2．3．4 外套管制作

2．3．5 LG-RW传感器封装说明

2．4 LG-RW传感器传感性能研究

2．4．1 标定试验方案

2．4．2 标定结果

2．5 本章总结

第三章 基于LG-RW传感的混凝土梁静态监测研究

3．1 试验方案

3．1．1 试件设计

3．1．2 长标距FBG传感器布设

3．1．3 LG-RW传感器布设

3．1．4 加载方式

3．1．5 实验测试内容

3．1．6 试验仪器

3．2 试验结果分析

3．2．1 三单元应变监测结果

3．2．2 二、四单元应变监测结果

3．2．3 一单元、五单元应变监测结果

3．2．4 各单元监测结果比较

3．2．5 基于长标距应变的位移监测

3．3 本章小结

第四章 基于LG-RW传感的悬臂梁动态损伤识别

4．1 基于长标距应变的频响分析

4．1．1 单点激励应变模态

4．1．2 长标距应变模态的损伤指标

4．2 试验设计

4．2．1 试验装置

4．2．2 传感器的布设

4．2．3 实验仪器与数据记录

4．2．4 损伤工况

4．2．5 动态试验方案

4．3 实验结果分析

4．3．1 动力参数的提取

4．3．2 频率结果

4．3．3 长标距应变模态

4．3．4 长标距应变模态的变化

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 问题与展望

5．2．1 存在的问题

5．2．2 传感器的无线化

参考文献

致谢

作者攻读硕士期间发表的学术论文