一种新型的索力测量方法研究及应用

摘要

建筑索结构的索力测量和监测是保障工程安全施工和正常使用的关键技术，而现阶段的索力测量方法尚有诸多不足。本文利用光纤光栅的传感原理并针对拉索的构造特点，提出索力测量新方法—光纤光栅基座夹具测量法。首先介绍了该新型索力测量装置的构造及索力测量原理。然后对光纤光栅基座夹具测量法进行了张拉台试验，测试了光纤光栅基座夹具测量法在各级试验荷载作用下的适用性，研究了拉索初始弯曲、基座夹具滑移量、拉索扭转量等参数对光纤光栅基座夹具测量法的影响。接着将光纤光栅基座夹具测量法运用于索结构缩尺模型索力监测试验中，将光纤光栅基座夹具测量法与压力传感器法及电阻应变法做横向对比，测试光纤光栅基座夹具测量法的可靠性及适用性。最后将光纤光栅基座夹具测量法应用到昆山市玉峰大桥斜拉索的索力监测中，分析了光纤光栅基座夹具测量法在实际运营工程索力监测中的可靠性及温度变化等因素对索力监测的影响。本文的主要结论如下：
　　（1）光纤光栅基座夹具测量法首先通过基座夹具使光纤光栅传感器与拉索平行固定，然后通过测定基座之间的拉索应变推出索力，该方法简单实用，适用于表面不带保护套的裸索，不会破坏拉索表面抗腐保护；
　　（2）结合拉索的有效金属截面积与弹性模量两个物理参数，基于材料力学中的胡克定律，推导了应用光纤光栅基座夹具测量法进行索力测量的相关理论计算公式；
　　（3）为了消除拉索初始弯曲的影响，建议先将拉索预紧至直线状态后再安装基座夹具及光纤光栅传感器，预紧阶段采用张拉设备中的油压表进行读数；
　　（4）张拉台试验表明，光纤光栅基座夹具测量法能有效测量拉索索力，其索力测试范围能涵盖拉索式幕墙工程张拉施工及结构运营全过程；
　　（5）根据索结构缩尺模型索力监测试验，通过对比压力传感器法及电阻应变法测量值，验证该方法能适用于复杂受力条件下的索力测量，具有广泛实用性，同时该方法既能测量拉索的正应变，也能测量负应变，能满足对既有工程索力监测的要求。
　　（6）通过光纤光栅基座夹具测量法与振动频率法的联合应用，验证了对已经运营的预应力桥梁进行索力实时监测的可行性，监测结果表明光纤光栅传感器运行稳定，基座夹具与拉索之间连接牢固，检测数据可靠。

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第1章 绪论

1.1 预应力钢结构的发展概况

1.2 建筑索结构的分类及特点

1.3 索力测量的常用方法分析

1.4 基于FBG进行索力测量的研究现状

1.5 本文研究的意义

1.6 本文课题来源和主要工作

第2章 光纤光栅基座夹具测量法索力测量原理

2.1 光纤光栅传感原理

2.2 基座夹具法装置构造及测量原理

2.3 本章小结

第3章 光纤光栅基座夹具测量法张拉台试验

3.1 工程背景

3.2 试验装置

3.3 研究目的

3.4 试验荷载及加载方案

3.5 试验过程中的主要研究内容

3.6 试验结果

3.3 本章小结

第4章 索结构缩尺模型索力监测试验{

4.1 试验目的

4.2 试验模型设计及参数

4.3 试验方案

4.4 试验数据分析

4.5 本章小结

第5章 光纤光栅基座夹具测量法在玉峰大桥索力监测中的应用

5.1 工程背景

5.2 索力监测原理及方法

5.3 玉峰大桥斜吊索索力监测试验

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录1Φ12拉索张拉台试验传感器标定报告

附录2Φ26拉索张拉台试验传感器标定报告

附录3 缩尺模型试验3号传感器标定报告

附录4 缩尺模型试验2号传感器标定报告

附录5 缩尺模型试验1号传感器标定报告

攻读学位论文期间发表的学术论文及专利

致谢