复合FRP-OFBG的索式智能结构研究和工程应用

论文摘要

本文针对预应力钢绞线、桥梁拉索等索式结构内力长期监测的需要,基于FRP-OFBG （Fiber Reinforced Polymer-Optical Fiber Bragg Grating）复合智能筋优良的力学与感知性能,研制开发出光纤光栅智能钢绞线、光纤光栅单体智能拉索和平行钢丝智能拉索等索式智能结构,发展了基于光纤光栅智能钢绞线的预应力损失监测技术,并将光纤光栅智能拉索用于实际工程结构中。主要研究内容包括:首先,针对传统预应力损失监测中遇到的难题,结合FRP-OFBG复合智能筋的感知特性和钢绞线的结构特征,研制开发了光纤光栅智能钢绞线,并对其传感性能指标进行了试验研究。其次,论述了预应力损失的机理和常用计算方法,提出和研究了基于光纤光栅智能钢绞线的预应力损失监测原理和技术。将准分布式光纤光栅智能钢绞线布设到预应力混凝土试验梁中,对试验梁的预应力筋预应力损失进行监测,并与理论分析值进行对比。再次,为了满足桥梁结构对拉索服役状况的监测需要,基于FRP-OFBG复合智能筋的力学和感知性能,研制开发了新型的光纤光栅单体智能拉索和平行钢丝智能拉索,并通过标定实验,得到其基本传感性能指标。最后,将光纤光栅智能拉索应用到天津永和大桥中,研究了光纤光栅智能拉索的生产工艺和安装技术,并在大桥成桥试验阶段和运营阶段对大桥的斜拉索工作状况进行了监测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 预应力监测研究现状
• 1.3 拉索监测研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 光纤光栅智能钢绞线研制与开发
• 2.1 引言
• 2.2 光纤光栅智能钢绞线的工作原理
• 2.2.1 光纤布拉格光栅应变传感特性
• 2.2.2 FRP-OFBG智能传感筋的应变感知特性
• 2.2.3 光纤光栅智能钢绞线的工作原理
• 2.3 光纤光栅智能钢绞线的制作
• 2.3.1 GFRP-OFBG智能传感筋的制作
• 2.3.2 智能传感筋与外层钢丝复合成智能钢绞线
• 2.4 智能钢绞线与普通钢绞线的本构关系对比
• 2.5 光纤光栅智能钢绞线的感知试验
• 2.6 光纤光栅智能钢绞线的传感性能指标
• 2.7 本章小结
• 第3章 智能钢绞线预应力损失监测原理
• 3.1 引言
• 3.2 预应力损失的概念和计算方法
• 3.2.1 预应力损失概念
• 3.2.2 预应力损失的计算方法
• 3.3 智能钢绞线的预应力损失监测原理
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于智能钢绞线的预应力损失监测技术
• 4.1 引言
• 4.2 预应力混凝土试验梁的设计
• 4.3 试验梁预应力损失的理论值计算
• 4.4 预应力损失监测实验
• 4.4.1 实验准备
• 4.4.2 实验过程
• 4.4.3 实验数据及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 光纤光栅智能拉索的研制
• 5.1 引言
• 5.2 光纤光栅单体智能拉索的研制
• 5.2.1 拉索监测原理
• 5.2.2 拉索设计计算
• 5.2.3 拉索锚固件设计
• 5.2.4 锚固件灌锚工艺
• 5.2.5 拉索标定实验
• 5.2.6 实验结果及分析
• 5.3 光纤光栅平行钢丝智能拉索的研制
• 5.3.1 拉索监测原理
• 5.3.2 智能拉索的制作
• 5.3.3 智能拉索的标定实验
• 5.3.4 实验结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 光纤光栅智能拉索的工程应用
• 6.1 引言
• 6.2 工程背景
• 6.3 智能拉索监测系统
• 6.3.1 传感器的布设位置及数量
• 6.3.2 传感器选型
• 6.4 智能拉索监测数据分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢