光纤在建筑结构变形监测中的应用研究.pdf

天津大学
硕士学位论文
光纤在建筑结构变形监测中的应用研究
姓名:孙惠敏
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:杨建江
20030101
摘要常规的混凝土监测技术是依靠工射线或湎叽┕炷恐惺钡奈铡⑸射和传输来实现的,较新技术是电磁辐射防真法,方法虽多,但均不能对混凝土建筑和结构进行实时监测、预报结构的破坏情况以及进行整体性评估。光纤传感器具有体积小、损耗低、灵敏度高、抗电磁干扰、电绝缘性好等的优点,可同时作为传感元件和传输媒介,实现多点或分布式传感,并以其自身的小尺寸,完全可以埋置在混凝土中,而不影响混凝土的自身特性。因此,在钢筋混凝土结构中埋置光纤传感器,实时监测出混凝土材料因外界环境变化引起的内部应变等物理参量的变化,在土木建筑结构中具有巨大的应用潜力和现实意义。本文对于光纤检测技术应用于混凝土结构中所出现的各种问题进行了全面的分析和研究。本文首先研究了光纤传感器在混凝土结构中应用的可能性。提出了四种埋设工艺,解决了光纤传感器的埋入问题。分析了光纤传感器与混凝土结构的相容性问题,考虑了光纤传感器的弹性模量,泊松比和线膨胀系数与混凝土的相然后应用光纤传感理论和分析结构构件受力,推导出光纤微弯损耗与构件应变、曲率以及挠度之间关系的公式。并根据光纤微弯损耗与构件挠度之间的关系,编制了相应的计算机程序。再者设计了一种新颖的缠绕式光纤传感器用于结构的大变形,用试验验证了光纤微弯损耗与构件应变关系的正确性和适用性,编制电算程序计算出了光功率损耗与构件挠度之间关系的理论曲线,计算结果与试验结果吻合程度较好。最后研制了另外一种光纤微弯传感器,并通过试验研究了光纤微弯传感器监测梅件挠度的可行性,建立了光纤微弯传感器输出光功率与构件挠度之间的光纤传感器智能结构应变关系数不一致,而引起的对结构应变监测的影响。关系式。关键词相容性微弯监测
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游净毒沪学霞论文俸誊签名:僻翻戈学位论文记┟谎窖倌姨总//徊签字日期:锒嗄阥月日学位论文版权使用授权书独剖性声鞠本学位论文作者完全了解茂建盘茎有关保留、使用学位论文的舰定。或撰写过熬醭究成果,盘不包含舞获缮垂童盘茎袋箕德教弯壤饕熬学缎菠谨特授权岙洼态壁可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库遴行检签字日期:诠阨月日研究成果,除了文中特剩热以栝淀期毁澎之处夕畚闹胁话渌艘炎悍⒈书两使用过的材料。与我一同工佟的同志对本研究所傲豹任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。索,并采雳影印、缩印或扫描等复铡攀段保存、汇编班供粪阕和赞蹋。同意学校定鋈塞蠢关豁壤藏穆送交埝交懿笈零锋窝磁盘。C艿木傥宦畚脑诮饷苷彩矢蟊臼谌ㄋ得本人声明所里交的学位论文怒本人在导师指导下进行的研究工作和取得的签字丑联:导厩┌
繁一章绪论概述嘉毯良魏枫械篷篷癸,还要求糕辩鬟骞垂鬟“检测”麓秘爨,瑷获褥树糕及缕因此,黎求材料本身能够感知周围环境的变化,弗通过改变自身的材料性质、嚣移砖输采实现静,螽工射线法、晗叻ā⒘S枨钔妇朔ā骞掇颓攀法、声波法、梭测温度法。较新技术是电磁辐射仿真法,即将铁颗粒埋鬣予混凝土筵蓑经漭建设酶爱震,改繁人夔工孬稻垒活条释成为耋蓊蕊紧遮任务,医而发展智能建筑被提上日稷。所谓智能建筑,怒谯材料和结构的制懑避稷中,将传感元件和驱动元件埋入旗中,传感元件可对结构的状态参数,如随力、应变、温度、损伤程度等进行实时测量和监控,驱动元件根据需要对绪构的状态终出必簧灏诵节或控素啦靥痔兄し觳蟀踩诵惺剖贾展ぷ髟诎鹤椿蟆餐鼹建筑最霉蕤皇予美颡。第一拣智裴建筑予年毒美莺睡褥裰德毒建成。随麓,西本、德国、焚溺粕泰国等国家都积掇筹建智能建筑。程我国,智能建筑赢剥年代末才受刹隧视。近十几年来,北京、上海、广州簿大城市相继建成有⋯定智能功能的建筑,如上海商城、北索京广中心等。现在,智能建筑热已髑然兴起,发蓑智黪建筑己藏巍一耱趋势。在±本建筑方瑟,结擒稳箨跫箕萋本的单嚣,囊鞋餐黥结拣是鏊筵建筑最熏要麴缢成都努,耩渭镑麓缝梅,鄄怒穗智能孝方辩植入工程蘸构中,就§雇跛虢峁垢兄:统硇畔ⅲ⑶行处理绪聚,对环境的刺激你出自适应响应,使离线、静态、被动的嫩瞷湮在线、动悉、实时、主动监测与控制,实现增强结构安全、减轻质照、降低能耗、提离结构性能等强菰。避麟鼹材料察稳转提出了受离鞠要求,除了必须具梅静整体键、环境条停等信患,确定系统的运符情溅、霹靠***乃至剩余澎命。几何形状、力学和电磁响应性雠米对周围环境的擞化作出适当的优化殿窳。钢筋混凝土怒臻前土木建筑工稔中黢广泛鲤建筑结构。零蕊豹混骚±整嚣菝零爨依靠善辩鼗或湎叽┕嗄镭棉毒谗窨ⅰ⒇中并用电磁辐射激励,通过二次波测量或表面温廉凝化产生有关混凝土和结构状态的倍愍。方法虽多,但均不熊对混凝土建筑鞠结构