基于FBG宏应变技术的桥梁挠度监测方法及试验研究

摘要

中国是桥梁大国。自古以来，桥梁就是交通线路的重要组成部分，并与人们的生产生活息息相关。桥梁从施工至运营过程中始终受到自然环境和交通荷载等作用。这些因素会对桥梁造成一定的损伤，直接影响其适用性与耐久性。严重的还会造成桥梁主体结构的破坏，对人们生产生活造成严重的影响。因此，对桥梁灾害进行正确的认识和分析，并提出合理有效的解决方案有着重要的经济价值和社会效益。目前传统的一些桥梁健康监测都有一定的弊端，经专家学者们的大力研究与探索，光纤布拉格光栅传感器出现在桥梁健康监测领域中，一经发现，它就以轻质柔软、精度高、稳定性好，抗电磁干扰，抗飘零等优越性能为广大专家们所接受。本文将传统的点式光纤布拉格光栅传感器发展成光纤布拉格光栅宏应变传感器，经试验证明，光纤布拉格光栅宏应变传感在实际中能准确测量出桥梁结构的结构反应。基于此，本文对光纤布拉格光栅宏应变传感做了如下研究:
　　(1)阐述了本文课题的背景及其意义，以及光纤布拉格光栅宏应变传感目前在国内外的发展和一些国内外的工程实例;
　　(2)介绍了光纤布拉格光栅(FBG)宏应变传感器的健康监测框架系统设计，从桥梁的分类，到监测系统的分类，再到监测内容的分类与其运用的公式及原理。
　　(3)针对光纤布拉格光栅传感器的基本原理，对FBG宏应变传感器的结构监测做了详细研究。
　　(4)针对一座典型的梁式桥，取其中混凝土T型简支梁做监测试验。通过对梁进行8个单元划分，用平行拓扑的分布方式在各单元布设传感器。在对桥梁的曲率进行测量的基础上，再进行桥梁的挠度测量。
　　(5)做了混凝土T型简支梁的模拟，依据经验与实际情况，将标距分别定为0.1米，0.2米与0.3米。再将测得的挠度与LVDT测得的挠度做了对比分析。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及其研究意义

1．2 光纤布拉格光栅在国内外桥梁监测中的发展与应用

1．3 光纤布拉格光栅在国内外的应用情况

1．3．1 国外的应用情况

1．3．2 国内的应用情况

1．4 本文研究内容

第二章 FBG宏应变传感器的健康监测系统设计

2．1 FBG宏应变传感器的健康监测系统的组成

2．2 FBG宏应变传感器的健康监测系统设计时遵循的步骤

2．3 FBG光纤布拉格光栅传感器的三种拓扑方法

2．4 数据采集系统设计

2．4．1 数据采集系统设计内容与原则

2．4．2 数据采集系统硬件设计

2．4．3 数据处理与分析管理系统

2．5 本章小结

第三章 FBG宏应变传感器的结构监测研究

3．1 光纤布拉格光栅传感器的基本原理

3．2 传感器标距长度

3．2 整体结构监测：基本概念

3．3 长标距传感器的最长标距长度

3．4 长标距传感器的最短标距长度

3．5 传感器拓扑结构：整体参数监测

3．5．1 有限元结构健康监测的概念

3．5．2 平行拓扑

3．6 结构的变形和位移计算理论

3．7 本章小结

第四章 基于FBG宏应变传感器的T形简支梁挠度试验

4．1 试验模型

4．2 试验仪器

4．3 试验方案

4．4 试验结果与分析

4．5 本章小结

第五章 基于FBG宏应变传感器的标距长度对比分析

5．1 T型梁模型

5．2 模拟数据处理

5．2．1 标距为0．2 米的数据处理

5．2．2 标距为0．1 米的数据处理

5．2．3 标距为0．3 米的数据处理

5．3 试验数据与模拟数据的对比

5．4 结论

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

图表目录

致谢

作者简历

攻读硕士期间发表论文情况