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原文传递分布式光纤传感性能及工程应用研究

论文题名：	分布式光纤传感性能及工程应用研究
关键词：	分布式光纤传感;应变传递;高强钢绞线;砌体加固;桥梁健康监测;结构应变监测
摘要：	随着建筑利交通工程建设的迅猛发展，大型建筑、桥梁结构的安全性、耐久性与正常使用功能日益受到关注，一些新型传感技术相继运用到建筑和交通工程的结构监测中，并得到迅猛发展。FBG和BOTDA是两种先进的分布式光纤传感技术，它们突破了传统的点式传感的概念，可以分布式连续监测结构的应变信息，为建筑、桥梁结构的监测和诊断提供了强有力的手段。本文比较系统的分析了分布式光纤的传感特性和在应用中出现的应变和温度交叉敏感问题，介绍了几种常用的消除温度敏感的温度补偿方法，同时两种传感技术进行了对比和标定试验。基于这两种传感技术，在一系列试验中进行了结构应变监测，并对一座异性拱桥进行了基于光纤传感的健康监测系统研究。主要研究内容包括以下方面：（1）介绍了基于FBG和BOTDA的光纤传感技术基本原理，分析了FBG和光纤的应变与温度传感特性，以及应变与温度的交叉敏感及耦合问题，分析了FBG和光纤应变传感的温度补偿原理和方法，以及在实际结构应变监测时温度补偿的影响。（2）比较了FBG和BOTDA两种光纤传感技术的特点，对后续试验所用的FBG和光纤传感器进行了应变和温度标定试验，得到FBG和裸光纤的应变和温度在不同阶段时，其应变灵敏度系数和温度灵敏度系数都呈线性变化，而紧套光纤在应变和温度的不同阶段时，需用不同的应变和温度灵敏度系数对其标定。（3）针对工程中使用的具有双层保护的传感光纤，利用ANSYS有限元分析软件建立了埋入式和表面粘贴式光纤有限元模型，针对埋入式光纤分析了涂敷层和护套层材料的弹性模量和厚度、基体材料的弹性模量对应变传感能力的影响，针对表面粘贴式分析了粘贴材料的宽度、厚度和弹性模量以及基体材料的弹性模量对应变传感能力的影响等。（4）将FBG和BOTDA光纤传感技术应用到高强钢绞线拉伸试验和高强钢绞线-聚合物砂浆加固砌体墙的试验中。利用FBG监测了高强钢绞线在拉伸试验机作用下各级荷载下的应变变化，研究FBG监测钢绞线应变的可靠性；利用FBG和BOTDA光纤传感技术进行了加固砌体墙的高强钢绞线和聚合物砂浆在各级荷载下的应变监测，监测到结构从荷载控制阶段到位移控制阶段整个过程中的应变变化情况，得到BOTDA光纤传感技术能较好的反映墙体钢绞线和聚合物砂浆的整体应变状态，而FBG能较好的反映钢绞线局部的应变变化。（5）结合上述研究成果，建立了基于光纤传感的瀛洲大桥结构健康监测系统。根据理论计算、结构特点确定了瀛洲大桥健康监测系统的主要监测内容和监测测点的优化布设，以保证系统能够采集到准确反映大桥结构工况的参数信息和数据，为结构预警与安全评估提供依据。
作者：	张彪
专业：	防灾减灾工程及防护工程
导师：	缪长青
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文