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钢筋腐蚀光纤光栅传感器设计与封装.pdf

文档介绍

文档介绍:南京航空航天大学
硕士学位论文
钢筋腐蚀光纤光栅传感器设计与封装
姓名:杨立
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:吴瑾
20090301
南京航空航天大学硕士学位论文

摘要
钢筋腐蚀是影响混凝土结构耐久性的重要因素之一,因此在结构的使用过程中,如何检测
钢筋腐蚀状态,了解腐蚀速度及变化规律,进而评估结构的可靠性,成为急待解决的问题。
钢筋腐蚀最直接的特征就是腐蚀以后体积膨胀。本文根据这一特征并结合光纤布拉格光栅
测量应变的原理,研制出一种新型钢筋腐蚀光纤光栅传感器,并将其应用于工程实际中。主要
研究内容和结果如下:
(1)基于钢筋腐蚀后体积膨胀的特征与光纤布拉格光栅的应变传感原理,设计出一种双钢
筋腐蚀光栅传感器,并在空气中进行实验,实验结果表明双钢筋腐蚀传感器方案可行。
(2)空气环境中实验完成以后,为检验传感器在砂浆中的工作性能,进行了三种埋入砂浆
实验,根据实验结果选取最优方案。并在最优方案基础上进行改进,提出将光栅放入钢筋中进
行应变传感的方案,实验结果表明这一优化方法更加合理有效。
(3)将传感器放入混凝土中进行标定实验,建立钢筋腐蚀率和光纤布拉格光栅波长变化的
初步关系,实验结果显示布拉格光栅波长随钢筋腐蚀体积膨胀而增大。
(4)为使钢筋腐蚀传感器测得腐蚀率更加准确,解决光纤布拉格光栅应变与温度的双重敏
感,研制出不锈钢温度补偿传感器,实验测量显示不锈钢温度补偿传感器的效果满足要求。
(5)为方便在工程中应用,采用砂浆对双钢筋腐蚀传感器进行封装,但砂浆与混凝土的抗
氯离子渗透性差异很大。为解决这一问题,通过添加硅灰改善砂浆的抗渗透性,实验结果显示
方案可行。
(6)将双钢筋光纤光栅腐蚀传感器应用于实际工程中,提出传感器在施工中放置和保护的
方法,测量结果表明保护方法合理有效。


关键词: 钢筋腐蚀,光纤光栅,传感器,温度补偿,封装
I
钢筋腐蚀光纤光栅传感器设计与封装
ABSTRACT
Corrosion of rebar is one of the most important factors which may affect the durability of
concrete structures. Consequently, measuring the degree of corrosion, and evaluating the reliability of
these structures e important works.
The most significant characteristic of the rebar corrosion is the volume expansion. Based on the
characteristic and the strain sensor principle of FBG, a new type of optical fiber grating sensors for
reinforcement corrosion is designed and finally used in the project. The main works and conclusions
are as following:
(1) Based on the characteristic and the strain sensor principle of Fiber Bragg Grating (FBG),
Twin-Steel Corrosion Monitoring Sensor is designed. The experiment on the sensor in the air shows
that this design is feasible.
(2) To test the performance of the sensor in mortar and select the best scheme,three types of
program are carried out, after the experiment on the sensor in the air. Based on the best program, an
improved program which is putting the FBG in the rebar is proposed. It is demonstrated that the new
way is more reasonable an