分布式光纖傳感技術在結構應變及開裂監(jiān)測中的應用研究.pdf

1、分布式光纖傳感技術引入國內已有近十年時間，已在相當工程中得以應用，并取得了許多成果。然而，在實際工程應用中分布式傳感光纖的布設技術和工藝扮演著重要角色，布設過程中必須考慮光纖的存活率，過多線路修復會明顯增加線路的光纖損耗，從而造成監(jiān)測網(wǎng)絡穩(wěn)定性降低甚至失效。特別是大型新建結構監(jiān)測，施工過程鋪設的分布式傳感光纖極易受其它工種破壞，將其埋入結構內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，通過合理地設計監(jiān)測網(wǎng)絡可實現(xiàn)結

2、構整體性能的監(jiān)測，但構件的局部相關性能如結構開裂，同樣也是影響結構安全性、適用性及耐久性的關鍵指標。
　　 本文圍繞BOTDA技術應用于結構應變和開裂監(jiān)測中的關鍵技術，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部的布設工藝，同時進行了分布式光纖監(jiān)測結構開裂的試驗研究，作為結構整體健康監(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-灌漿技術進行混凝土內部光纖布設工藝的研究和完善

3、：依據(jù)三步驟布設傳感光纖，首先通過研制的微管固定裝置在結構內部布設微管，再采用氣吹技術將傳感光纖吹入微管，最后采用灌漿技術固定傳感光纖。并通過室內模擬試驗，比選傳感光纖類型、微管連接方式、一次性布設長度等，完善布設工藝；
　　 (2)分布式光纖傳感器應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變傳遞性能進行系統(tǒng)研究，分析不同管徑、光纖類型、粘結劑對測量精度的影響，為適應于不同結構的傳感器優(yōu)化設計提

4、供指導；
　　 (3)依托隧道健康監(jiān)測項目，進行了氣吹-灌漿工藝鋪設傳感光纖的工程應用，實現(xiàn)了混凝土內部應變的分布式監(jiān)測。將光纖時變應力場監(jiān)測結果與施工初期埋入的傳統(tǒng)傳感器初始應力場疊加，得到隧道二襯的長期真實應力水平。通過Labview軟件編制了數(shù)據(jù)處理及評估軟件，通過光開關等硬件設備集成了隧道健康監(jiān)測系統(tǒng)；
　　 (4)研究利用BOTDA技術對歷史文物進行了保護監(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，設計了合理的光纖布設方式和全過程監(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在文物保護中具有實踐意義；
　　 (5)結合BOTDA和光纖光柵(FBG)監(jiān)測技術，對某磚混結構的托換梁改造加固進行了檢測，為圈梁托換成框架梁的整個過程進行安全監(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)化設計提供參考；
　　 (6)進行了BOTDA技術在結構開裂監(jiān)測中的應用研究，采用標定試驗和斜交光纖組的方式監(jiān)測裂縫的寬度及走向，建立了光纖應變和裂縫寬度、夾角間的關系。并采用室內模擬及加速銹蝕的方式，研究其應用于鋼筋銹蝕監(jiān)測中的可行性和有效性；
　　 (7)在大量工程應用和室內試驗的基礎上，總結了使用BOTDA技術過程中的問題及解決方法，為解決分布式光纖傳感技術應用于