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工程结构监测中光纤传感技术与疲劳损伤研究
| 论文题名： | 工程结构监测中光纤传感技术与疲劳损伤研究 |
| 关键词： | 分布式光纤传感器;光纤布设工艺;应变传递函数拟合;误差分析;疲劳损伤 |
| 摘要： | 随着我国经济的发展，工程结构健康监测技术已经在桥梁、隧道、高层建筑、航空等领域得到广泛的研究与应用。光纤传感器作为一种新型的性能优越的传感器，由于具有质量轻、体积小、灵敏度高、耐腐蚀、传输频率带宽、抗电磁干扰、可以实现分布式测量等特点已被大量应用于工程结构监测中，并得到迅猛发展。分布式光纤传感技术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、飞机结构的监测和损伤识别提供了强有力的手段。 本文针对光纤传感技术在工程结构监测应用及理论分析中存在的问题，进行了分布式光纤传感技术粘贴工艺试验，对光纤应变传递的影响因素、误差分析与修正方法以及工程结构关键部位的疲劳损伤方法等进行了研究。主要研究内容包括： (1)介绍了基于BOTDA的光纤传感技术基本原理、传感器分类和光纤应变的传递机制。介绍了已有的光纤传感器应变传递理论研究，主要为各个物理参数对光纤传感器平均应变传递率的影响。 (2)通过杆构件拉伸试验和四点弯曲试验，进行了分布式光纤传感器布设工艺对于应变传递误差的影响研究。进行了胶层厚度、胶层粘贴长度等布设工艺参数对光纤信号传递的影响分析，并对试验数据进行了应变传递函数拟合，得出了光纤测量应变与应变传递影响参数之间的函数表达式。提出了提高应变传递率、减小测量误差、以及优化分布式光纤应变监测布设工艺的方法。 (3)建立了表面粘贴式光纤有限元模型，理论分析了胶层厚度和胶层长度等参数对光纤应变传递能力的影响。将试验结果与有限元数值模拟进行了对比综合分析，针对光纤应变传感器由于布设工艺引起的测量误差进行了误差分析计算，提出了光纤应变传递误差的修正方法。 (4)介绍了江阴大桥结构健康监测系统光纤应变传感器的布置及相关参数。在江阴大桥结构健康监测系统记录的应变时程数据的基础上，分析了桥梁钢箱梁主要部件在正常交通车辆荷载作用下和误差修正后的疲劳应力谱特征，并对两者的差异进行了对比分析。 (5)对江阴大桥的监测数据进行统计分析得到任意一天相应应力幅下的循环次数，进而得到其一天的日累积损伤度，并建立了江阴大桥损伤预警评定模块，提出了工程监测中结构的疲劳损伤预警方法。 |
| 作者： | 宋华丽 |
| 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： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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