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基于光纤光栅传感器的高强钢丝腐蚀性能与评估方法研究
| 论文题名： | 基于光纤光栅传感器的高强钢丝腐蚀性能与评估方法研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;拉索钢丝;腐蚀程度;分级评估;光纤光栅传感器 |
| 摘要： | 拉索作为斜拉桥的重要受力构件，在运营期间拉索钢丝不可避免出现腐蚀，为确保桥梁结构安全，对拉索的腐蚀进行监测显得尤为必要。传统的由电学组成的拉索腐蚀监测设备由于其耐久性差、测量精度低、稳定性不高，难以满足拉索长期监测的要求。提出一种在拉索内部植入光纤光栅(FBG)腐蚀传感器对高强钢丝腐蚀程度进行监测的方法，利用FBG腐蚀传感器的波长改变量反映高强钢丝的腐蚀程度，这种方法具备实时性、耐久性、高精度性。 以斜拉桥平行钢丝拉索内镀锌高强钢丝的腐蚀监测为应用背景，采用理论推导、数值模拟、试验研究、统计分析的研究方法，开展基于FBG腐蚀传感器的高强钢丝腐蚀等级评估方法研究，主要内容及结论如下： (1)设计了两种用于拉索内部钢丝腐蚀监测的FBG腐蚀传感器，基于均匀腐蚀假设分别推导利用传感器波长改变量计算钢丝质量腐蚀率的理论公式，并通过参数分析和数值模拟确定传感器的合理设计参数，基于加速腐蚀试验结果对FBG腐蚀传感器的理论公式的系数进行拟合。研究表明：缠绕式FBG腐蚀传感器所能监测的最大质量腐蚀率为3.55%，拉伸式FBG腐蚀传感器所能监测的最大质量腐蚀率为5.47%；两种FBG腐蚀传感器波长改变量与质量腐蚀率呈高度线性关系；两种传感器波长改变量变化趋势均能在一定程度上反映高强钢丝的腐蚀情况。 (2)采用三维激光扫描技术对腐蚀后的高强钢丝进行三维重构，结合数字图像技术实现钢丝剩余截面积、蚀坑尺寸等几何参数的自动测量，采用拉伸试验对钢丝的名义极限强度、名义屈服强度、弹性模量、断后伸长率等力学特性参数进行测试，建立腐蚀后高强钢丝几何参数和力学特性参数与腐蚀程度及其分级之间的关系，以及确定FBG腐蚀传感器的波长改变量与高强钢丝腐蚀分级之间的范围。研究表明：随腐蚀程度增加，剩余截面积沿轴向不均匀性、最大腐蚀深度、蚀坑长轴长度、蚀坑短轴长度呈增大趋势，最小截面积呈减小趋势；蚀坑长轴长度、蚀坑短轴长度均服从对数正态分布；名义极限强度、名义屈服强度、断后伸长率呈减小趋势，弹性模量基本无变化。 (3)在斜拉桥被更换拉索的生产过程中预埋FBG腐蚀传感器，经过100余天的监测，传感器工作良好，为后续FBG腐蚀传感器的应用打下坚实的基础。 |
| 作者： | 刘国栋 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 李琦;吴海军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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