文档介绍：东南大学
博士学位论文
分布式光纤传感技术在土木工程结构监测中的应用研究
姓名:陆飞
申请学位级别:博士
专业:防灾减灾工程及防护工程
指导教师:程文瀼
20070601
摘要本文在综述了国内外关于、约癉等分布式光纤传感技术的研究和应用发展现状之后,基于东南大学土木工程学院新近添置的、目前在国内外最为先进的、高空间分辨率的獴,对分布式布里渊光纤传感在土木工程结构监测中的应用进行了较为深入的研究,主要研究内容和成果如下:⑻岢隽艘缘ノ宦龀蹇矶饶谏⑸涔饩确糯笄蚁咝缘拥姆椒ǎ茨D夥糯蠛蟮氖芗げ里渊散射谱,经与挡饨峁员龋っ鞲梅椒ㄊ强尚械摹@酶媚D夥椒ǚ治龊脱芯了空间分辨率、空间定位精度以及信号梯度对布里渊频率测量值的影响,得出布里渊频率测量精度随空间分辨率的提高而提高、随信号梯度提高而降低的结论,并提出了以空间分辨率与信号梯度的乘积作为布里渊频率测量精度的指标。⒃诙圆祭镌ㄆ德什饬抗桃约安饬课蟛罘治龅幕∩稀Mü怨庀舜ǜ性淼姆治觯首次提出了以提高光纤折射率来综合提高空间分辨率、增益系数和测量精度等的方法,分析结果表明该方法具有显著的优越性。⒉捎玫ジ庀死斓姆椒ǘ猿S霉庀说牧ρ阅懿问惺匝檠芯浚⒋涌煽慷壬杓的角度,给出了试验光纤抗拉强度等参数的标准值和设计值。同时通过高低温试验,对光纤在一℃~℃下的材料性能和光学性能进行了研究,验证了光纤在土木工程环境中应用的可行性。结合光纤的拉伸试验和温度试验,通过饬扛骷逗稍睾臀露忍跫鹿庀说牟里渊频率,给出了常用类型光纤在ב段诶Ρ涞牟祭镌ㄆ狄葡凳鸵妗℃范围内的温度布里渊频移系数。怨庀瞬忌韫ひ盏闹饕D谌莺凸丶问辛俗芙幔治隽烁鞴ひ栈方诤凸ひ詹问监测系统性能的影响,指出了粘结材料是布设工艺的关键。并通过光纤的架设、粘结荆的涂覆、布设后试件的拉伸等试验,对布设效率、光纤成活率以及布设后的粘结性能、抗冲击性能和耐久性等进行较为全面的研究。给出了两种性能较好的粘结材料。同时,针对工程应用中光纤意外断裂的问题,提出了通过对粘结材料固化后的局部抗压性能试验,来判断其抗冲击能力的方法,在钢筋混凝土试件的浇注和光纤传感试验中,进一步验证了固化后的粘结材料抵抗混凝土浇注中骨料倾倒、振捣等冲击荷载的能力。⑼ü怨庀擞Ρ浯ǖ莨痰姆治觯芯苛苏辰岵愀斩取⒑穸鹊榷怨庀瞬饬烤ǘ鹊挠跋臁结合变厚度粘结层下光纤传感试件的拉伸试验结果,给出了结论:分布式光纤的应变测量误差是随粘结层刚度的下降、厚度的增加而增大的。并且相应的误差区间也增大。⒏萦Ρ浯ǖ莘治鼋峁凸庀舜ǜ惺约奈露仁匝椋贸隽私峁挂蛭露缺浠光纤布里渊频移包括两个部分,即温度调制光纤弹性模量导致布里渊频移部分和结构温度膨胀导致光纤拉伸应变产生的布里渊频移部分的结论,并提出了采用不同温度膨胀系数材料来进行分布式温度补偿和分布式应变、温度同时测量的方法。通过轴向拉、压试验、三等分集中加载的筒支钢粱试验以及圆管径自均布受压试验中的分布式应变监测,避一步对分布式光纤传感的应变监测精度进行了分析,结果表明芄唤衔M暾⒆既返夭饬拷峁沟应变,与传统点式应变传感相比具有数据量多、分布面广、能适用于复杂结构表面等优点.⒒诓牧系挠Ρ浯锏交虺思蘩Ρ渚筒逊斓脑恚状翁岢隽死肂,根据监测到的拉应变峰值的大小和应变分布情况的变化来识别初始裂缝的方法。根据开裂后裂缝处光纤应变增大这一规律,还提出了利用裂缝处应变峰值的变化来识别裂缝宽度的方法。通过裂缝的模拟加载试验,成功识别了宽度为甀的初始裂缝;通过对试验结果的回归分
析,给出了裂缝宽度在玪涞牧逊炜矶扔肓逊齑庀擞Ρ渲涞哪夂舷咝韵凳关键词;光纤传感分布式光纤健康监涮布里渊频率通过钢筋混凝土框架柱的低周反复水平荷载试验,还对裂缝识别的重复性进行了研究。成功地识别出了柱子表面多条裂缝下的工况,并对裂缝的分布范围也进行了较好的判断。东南大学博士学位论文Ⅱ
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∽,期:哆舌,乙东南大学学位论文独创性声明东南大学学位论文使用授权声明研究生签名:期:师签名:本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一周工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允