分布式光纖傳感技術(shù)在結(jié)構(gòu)應(yīng)變及開裂監(jiān)測中的應(yīng)用研究.pdf

1、分布式光纖傳感技術(shù)引入國內(nèi)已有近十年時間，已在相當(dāng)工程中得以應(yīng)用，并取得了許多成果。然而，在實際工程應(yīng)用中分布式傳感光纖的布設(shè)技術(shù)和工藝扮演著重要角色，布設(shè)過程中必須考慮光纖的存活率，過多線路修復(fù)會明顯增加線路的光纖損耗，從而造成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性降低甚至失效。特別是大型新建結(jié)構(gòu)監(jiān)測，施工過程鋪設(shè)的分布式傳感光纖極易受其它工種破壞，將其埋入結(jié)構(gòu)內(nèi)部可為傳感光纖提供穩(wěn)定工作環(huán)境。BOTDA作為一種分布式監(jiān)測技術(shù)，通過合理地設(shè)計監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)結(jié)

2、構(gòu)整體性能的監(jiān)測，但構(gòu)件的局部相關(guān)性能如結(jié)構(gòu)開裂，同樣也是影響結(jié)構(gòu)安全性、適用性及耐久性的關(guān)鍵指標(biāo)。
　　 本文圍繞BOTDA技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)應(yīng)變和開裂監(jiān)測中的關(guān)鍵技術(shù)，通過理論分析和試驗研究完善了分布式傳感光纖在混凝土內(nèi)部的布設(shè)工藝，同時進(jìn)行了分布式光纖監(jiān)測結(jié)構(gòu)開裂的試驗研究，作為結(jié)構(gòu)整體健康監(jiān)測的重要補充。
　　 本文主要的研究工作歸納如下：
　　 (1)采用氣吹-灌漿技術(shù)進(jìn)行混凝土內(nèi)部光纖布設(shè)工藝的研究和完善

3、：依據(jù)三步驟布設(shè)傳感光纖，首先通過研制的微管固定裝置在結(jié)構(gòu)內(nèi)部布設(shè)微管，再采用氣吹技術(shù)將傳感光纖吹入微管，最后采用灌漿技術(shù)固定傳感光纖。并通過室內(nèi)模擬試驗，比選傳感光纖類型、微管連接方式、一次性布設(shè)長度等，完善布設(shè)工藝；
　　 (2)分布式光纖傳感器應(yīng)變傳遞性能分析和研究：通過理論分析和試驗研究對埋入式及表面式光纖傳感器的應(yīng)變傳遞性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，分析不同管徑、光纖類型、粘結(jié)劑對測量精度的影響，為適應(yīng)于不同結(jié)構(gòu)的傳感器優(yōu)化設(shè)計提

4、供指導(dǎo)；
　　 (3)依托隧道健康監(jiān)測項目，進(jìn)行了氣吹-灌漿工藝鋪設(shè)傳感光纖的工程應(yīng)用，實現(xiàn)了混凝土內(nèi)部應(yīng)變的分布式監(jiān)測。將光纖時變應(yīng)力場監(jiān)測結(jié)果與施工初期埋入的傳統(tǒng)傳感器初始應(yīng)力場疊加，得到隧道二襯的長期真實應(yīng)力水平。通過Labview軟件編制了數(shù)據(jù)處理及評估軟件，通過光開關(guān)等硬件設(shè)備集成了隧道健康監(jiān)測系統(tǒng)；
　　 (4)研究利用BOTDA技術(shù)對歷史文物進(jìn)行了保護監(jiān)測，考慮到文物具有歷史價值高、損傷監(jiān)測范圍大、美觀要求

5、高等特點，設(shè)計了合理的光纖布設(shè)方式和全過程監(jiān)測方案。并將其運用在某獨木舟出土全過程監(jiān)測中，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，采用的文物保護、加固措施非常有效，可保證獨木舟出土、保護、館藏過程中的安全，同時也證實了分布式光纖傳感技術(shù)在文物保護中具有實踐意義；
　　 (5)結(jié)合BOTDA和光纖光柵(FBG)監(jiān)測技術(shù)，對某磚混結(jié)構(gòu)的托換梁改造加固進(jìn)行了檢測，為圈梁托換成框架梁的整個過程進(jìn)行安全監(jiān)測。一方面保證了托換過程的安全性，另一方面為所設(shè)計的托換方式

6、的有效性和工作性能研究提供了數(shù)據(jù)支持，為后續(xù)托換梁優(yōu)化設(shè)計提供參考；
　　 (6)進(jìn)行了BOTDA技術(shù)在結(jié)構(gòu)開裂監(jiān)測中的應(yīng)用研究，采用標(biāo)定試驗和斜交光纖組的方式監(jiān)測裂縫的寬度及走向，建立了光纖應(yīng)變和裂縫寬度、夾角間的關(guān)系。并采用室內(nèi)模擬及加速銹蝕的方式，研究其應(yīng)用于鋼筋銹蝕監(jiān)測中的可行性和有效性；
　　 (7)在大量工程應(yīng)用和室內(nèi)試驗的基礎(chǔ)上，總結(jié)了使用BOTDA技術(shù)過程中的問題及解決方法，為解決分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于