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分布式光纤裂缝传感系统在混凝土桥梁损伤识别中的应用
| 论文题名： | 分布式光纤裂缝传感系统在混凝土桥梁损伤识别中的应用 |
| 关键词： | 混凝土桥梁;裂缝控制;损伤识别;光时域反射;光纤传感系统 |
| 摘要： | 裂缝是混凝土桥梁最为常见同时也是最值得重视的病害之一。裂缝的产生和发展与桥梁结构的力学行为和运营状态密切相关，能够直观地体现桥梁结构的健康状态。裂缝的捕捉与监测作为桥梁损伤识别与健康监测的重要途径和内容，为桥梁结构状态的监控与评估提供了重要依据，对桥梁维护、维修与管理决策具有指导意义。在21世纪桥梁工程向大跨度复杂结构以及智能化方向发展的背景下，光纤传感技术被越来越多地应用于桥梁健康监测，已成为当今该领域的研究前沿。 本文首先对光纤传感技术在结构健康监测领域应用的发展和现状进行了论述，在此基础上，从桥梁工程健康监测的工程实际应用出发，提出了将分布式光纤传感网络应用于混凝土桥梁裂缝损伤识别的方法。 从方法本身出发，论述了光纤微弯光能损失效应及光时域反射技术(OTDR)的基本概念和理论，分析了微小裂缝状态下的裂缝微弯机械调制机理，并基于此，兼顾工程实际提出了表面粘贴分布式光纤传感网络的几种布设形式及工艺措施，以及传感系统的构建模式。 为推动光纤裂缝传感理论与工程应用相结合，本文依托铁道部科技支撑计划“智能化桥梁结构”重大科研项目，开展了大量工程试验研究，并取得了丰富而有益的成果： 为初步验证所提出光纤传感系统对裂缝损伤的可识别性，并比较不同类型光纤的传感灵敏度，对3片预应力混凝土简支梁模型的不同部位布置了不同形态的光纤传感网络并进行加载破坏试验。试验结果表明该系统对混凝土裂缝损伤可作出反映，裸光纤传感灵敏度较高，适用于表面粘贴型传感网络识别微小裂缝损伤。 针对表面粘贴光纤传感网络对混凝土结构裂缝传感的基本特性，在9块钢筋混凝土简支板式试件上布置了呈不同角度的光纤传感网络并进行破坏试验，研究了不同测试光波长、不同“光纤—裂缝”夹角以及不同胶粘剂厚度情况下的系统裂缝传感特性。提出了传感系统关键参数取值原则及实用推荐值，并根据试验数据拟合了相应的“缝宽—光损”关系曲线和半经验公式。 针对实际桥梁工程应用，在1座3跨预应力混凝土连续梁桥模型上根据其力学行为特点及监测目标要求设计并布置了光纤裂缝传感网络，并进行了多点加载破坏试验。试验结果分析表明：本文所构建的光纤传感系统能够在实际混凝土桥梁结构裂缝发展初期及时感应到裂缝的发生，并能够实现裂缝损伤准确定位，损伤程度识别；当损伤进一步加剧，可监测到裂缝的发展过程。 理论和试验研究表明，该系统满足工程健康监测的目标要求，并具有其独特的优势，值得进一步研究和发展其工程应用。 |
| 作者： | 叶仲韬 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 李乔 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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