光纤光栅静力水准仪在管廊结构监测中的应用

摘要

随着国家城镇化进程的加快以及国内基础设施建造水平的进步，综合管廊作为敷设市政管网的新型式，得到了蓬勃发展。综合管廊作为承载管线的综合体，其结构安全是保证内部管线运营的基本保障，因此对管廊进行结构健康监测就显得意义重大。鉴于管廊结构形式的特殊性以及管廊内部管线的复杂性，光纤光栅传感器因其卓越的性能成为管廊结构健康监测的首选。 第一章为绪论，首先介绍了综合管廊的作用、意义、组成以及分类，总结了综合管廊的国内外建设情况；其次总结了综合管廊结构的特点、结构常见病害，并对病害进行了危害性分析，进而提出了综合管廊结构健康监测的必要性；总结了沉降监测技术的发展现状，介绍了性能优越的光纤光栅传感器，提出了管廊结构健康监测存在的难点问题；最后引出了本文的主要研究内容。 第二章开发了一种可用于结构物沉降测量的光纤光栅静力水准仪。文中讲述了静力水准仪研发所需构件的形式和原理，阐述了光纤光栅的封装原则以及静力水准仪的设计原则；对静力水准仪和整个静力水准仪系统的测量原理进行了理论推导，设计了静力水准仪的结构构件；为了保证静力水准仪的实际工程效果，进行了传感器性能实验。 第三章为工程应用。以上海世博园区地下综合管廊为工程依托，就该管廊目前已存在的结构病害问题，提出监测需求，编写结构健康监测方案；确定了传感器的监测断面和测点布置方案；依据管廊结构特性和承载管线的复杂性确定了传感器的类型；讲解了传感器的施工方式以及传感器信号调试过程。 第四章主要内容为集成自动化的管廊结构健康监测系统。介绍了实验室自主研发的光纤光栅同步解调设备的性能和结构组成；介绍了LabVIEW平台的优势，并基于该平台编写了系统的上位机操作软件；对采集的数据做了初步分析，结果表明管廊结构各项监测指标均在正常范围以内。

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摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 综合管廊及建设情况

1.1.1 综合管廊的组成及分类

1.1.2 国内外综合管廊建设情况

1.2 综合管廊结构健康监测的必要性

1.2.1 综合管廊结构特点

1.2.2 结构常见病害

1.2.3 危险性分析

1.2.4 管廊结构健康监测目的

1.3 结构沉降监测技术的研究现状

1.4 性能优越的光纤光栅传感器

1.5 地下管廊结构健康监测难点分析

1.6 本文的主要研究内容

2 光纤光栅静力水准仪的开发

2.1 光纤光栅应变传感器

2.1.1 光纤光栅传感器基本原理

2.1.2 光纤光栅传感器的封装原则

2.1.3 灵敏度可调的封装工艺

2.2 光纤光栅静力水准仪的工程设计

2.2.1 工程设计要求

2.2.2 光纤光栅静力水准仪的理论设计

2.2.3 光纤光栅静力水准仪构件组成

2.3 光纤光栅静力水准仪系统的测量原理

2.4 光纤光栅静力水准仪的性能试验

2.4.1 线性度

2.4.2 重复性

2.4.3 一致性

2.5 小结

3 工程应用

3.1 工程概况

3.1.1 工程简介

3.1.2 工程地质条件

3.2 监测目的

3.3 监测方案

3.4 传感器选取方案

3.4.1 传感器选取原则

3.4.2 传感器介绍

3.5 传感器施工过程

3.5.1 安装方式

3.5.2 布线熔接及信号调试

3.6 小结

4 结构健康监测系统

4.1 硬件系统

4.2 软件系统

4.2.1 LabVIEW简介

4.2.2 监测软件整体架构

4.3 监测数据分析

4.3.1 拼接缝处裂缝数据分析

4.3.2 不均匀沉降变形数据分析

4.4 小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参 考 文 献

致 谢

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