BOTDR光纤温度监测技术在土木工程中的应用研究

布里渊光时域反射计(BOTDR)是一种新型的分布式光纤传感技术。布里渊光频移量不仅与光纤的应变状态相关,还与光纤的温度存在相应的线性关系,因此BOTDR可以用作分布式的温度监测。本文对基于BOTDR的分布式温度监测技术及其在土木工程中的应用展开了实验研究,研究选用的是美国康宁公司900μm单模紧套光纤,实验标定布里渊光频移量对温度的敏感度为1.43 MHz/℃。通过室内外实验以及在实际隧道工程中的应用,验证了BOTDR的温度测量精度达2℃,因此将该技术应用于分布式温度监测是可行的,长期稳定性良好。     

灌注桩检测中BOTDR温度补偿试验研究

运用基于布里渊光时域反射计(简称BOTDR)的温度自补偿方法,采用特殊封装的温度传感光纤,检测了灌注桩在混凝土养护期内由温度变化引起的应变变化量和静载荷试验过程中的温度变化。结果表明:混凝土养护末期由温度引起的应变变化量很小,说明在混凝土养护末期,其水化热已消散;在灌注桩静载荷试验过程中,由温度补偿光纤所测的温度变化引起的应变量值也很小。因此,在灌注桩光纤分布式检测中,由温度引起的光纤应变检测误差可忽略不计。     

大尺度BOTDR光纤应变灵敏特性研究

首先介绍了布里渊光时域反射计(BOTDR)应变测试仪的基本测试原理;并基于BOTDR光纤变形检出特性进行了试验研究,其中包括裸光纤在长度相同而空间分辨率和采样间隔不同时悬挂重物试验和等强度梁实验。通过试验,分析了当光纤长度相同而BOTDR所设参数不同(主要指空间分辨率和采样间隔)时对检测结构的影响,确定了裸光纤在应变监测中长度区间的选择。     

聚乙烯管道变形分布式光纤监测试验研究

聚乙烯材料的管道易于变形,因此对其在安装和运营过程中的变形监测是一项十分重要的工作。布里渊光时域反射计(BOTDR)是一项新型的分布式光电传感应变监测技术,已被广泛应用于结构物的变形监测中。本文基于该项技术,设计了一套聚乙烯管道变形分布式光纤监测试验方案,对聚乙烯管道纯弯曲变形进行了试验研究,获取了管道表面光纤沿线的应变分布,据此分析了管道的变形方位,并推算出纯弯曲状态下的管道转角,验证了该技术在聚乙烯管道分布式监测中应用的可行性,为地下管道的一站式在线监测提供了一种新的技术方法。     

边坡变形的分布式光纤监测试验研究及实践

布里渊光时域反射计(BOTDR)是一项新型光电传感仪器,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测。该技术采用光纤作为传感和传输介质,具有良好的抗干扰、长距离、可植入性和分布式监测等特点。本文总结了近几年来分布式光纤在边坡工程中监测的工程实践和试验研究结果。实践表明,将光纤传感器铺设在加固边坡的锚杆和框架梁中,在加固边坡的同时进行安全监测,可以取得良好的效果;而将光纤直接铺设在边坡浅层土体中进行监测,可以及时对边坡安全提供预警,但往往不利于长期监测。本文还介绍了将光纤传感器布设在用于加固边坡的土工织物中进行安全监测的室内试验研究。实验证明,不同的光纤类型、布设方法、土工织物性能等都会对监测结果产生影响。最后分析了分布式光纤监测在岩土工程监测中的应用前景,以及今后研究的关键技术问题。     

基坑工程BOTDR分布式光纤监测技术研究

围护体系的加固质量对基坑工程、基坑周边环境和地下管线的变形和稳定性具有重要影响。通过对基坑围护体系和周边环境进行实时、在线监测分析,可掌握基坑变形的发展动态,对基坑失稳破坏进行预警。分布式光纤传感技术与常规监测方法相比具有很大的优越性,如分布式、长距离、实时性和长期稳定性等,可满足基坑工程安全监测和基坑失稳早期预警的要求。本文对布里渊光时域反射计(BOTDR)的测量原理进行了介绍,设计了一套基于BOTDR的新型基坑工程分布式监测系统,详细阐述了工程应用中传感光纤的布设方法、光纤保护和温度补偿技术等。以实际工程为例,对基坑工程分布式变形监测结果进行了分析。监测结果表明,基于BOTDR技术的基坑分布式光纤监测系统能够准确地反映基坑工程的变形情况,具有显著的优越性,可用于基坑工程稳定性的监测和失稳预报。     

隧道结构健康监测系统与光纤传感技术

隧道安全关系到人类生命安全和社会经济活动,及时掌握隧道结构健康状态是确保隧道安全的重要前提。在详细分析结构健康监测的概念、系统组成和发展现状的基础上,结合隧道结构的具体特点,提出了隧道结构健康监测的定义,构建了一个集监测、诊断和状态评价为一体的隧道结构健康监测系统,重点介绍了光纤结构监测(SO-FO)、布拉格光纤光栅(FBG)和分布式光纤传感器(BOTDR)等3种光纤传感技术的基本原理、功能及其在隧道结构健康监测系统中的作用。有理由相信,以光纤传感技术为代表的新一代工程监测技术将为隧道结构健康监测系统的建立提供厚实的技术基础。     

首届地质工程光电传感监测国际专题讨论会(一号通知) 主题:分布式光纤监测技术及相关应用

关于会议光电传感监测技术的研发和应用是当今工程监测界的热点研究领域,其中分布式光纤传感监测技术如BOTDR、BOTDA、FBG、Long-gauge等是近年来一些发达国家竞相研发的尖端监测技术,并已在土木结构的健康监测和诊断方面得到了广泛的应用,而在地质和岩土工程界相关技术的研发和应用还在起步阶段。南京大学光电传感工程监测中心是中国率先从事分布式光纤监测技术BOTDR研发和应用的研究单位,作为这一系列会议的发起和组织者,旨在为从事光电传感监测技术研发和应用的研究人员、工程师和相关产品供应商提供一个技术和信息交流的论坛。…     

粤赣高速公路K3边坡光纤监测与数值模拟对比分析

本文采用基于FLAC3D软件的数值模拟方法,对粤赣高速公路K 3边坡工程锚杆的应力应变状态进行数值模拟,分析了全长粘结式锚杆的荷载传递机理;根据运用基于自发布里渊背向散射原理(BOTDR)的分布式光纤应变传感技术对锚杆的轴向应变进行的监测数据,分析了工程锚杆的变形特征。数值模拟与实测数据的对比分析表明,模拟曲线与监测曲线反映的工程锚杆的变形特征具有较高的一致性,验证了应用FLAC3D有限差分软件模拟锚杆-框架体系应力应变特征的合理性,以及基于BOTDR的锚杆应变分布监测的可行性。     

一种BOTDR光纤温度传感器试验研究

BOTDR适于大尺度分布式健康监测,但对于结构点位的监测效果却不是很理想。本文研发一种基于布里渊光时域散射原理的光纤温度传感器,本传感器由裸光纤封装而成适用于结构点位监测。实验分析了BOTDR各项性能指标相同的条件下封装长度不同时对温度的灵敏度以及可重复性的影响。确定了当BOTDR所设参数一定时光纤温度测量段长度选择。验证了BOTDR温度传感器器检测结构局部点位温度的可行性,实验表明光纤温度传感器线性度和实验的重复性都很好。     

光纤传感器FBG和BOTDR应用于结构监测的若干比较研究

对建筑结构进行健康监测,可以防止和避免灾害的发生。传感器的选择和使用是进行结构监测时首先要考虑的问题。光纤传感器是一种新型的传感器,因种类不同在性能方面也相差较大。FBG(FiberBraggGating,光纤Bragg光栅)和BOTDR(BrillouinOpticalTimeDomainReflectometry,布里渊光时域反射计)是近些年来发展比较快的光纤传感器,本文介绍了这两种光纤传感器,并着重从两者传感的基本原理、传感系统组成、温度补偿研究和性能优劣等方面进行了详细的比较,得出了各自作为结构监测传感器的优缺点,为今后的监测选用提供了依据,使应用两者时能够做到扬长避短。     

依据材料与构件的受弯性能综合评价ECC的控裂性

为了研究国产的工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)和普通聚乙烯醇(Polyvi-nyl Alcohol,PVA)纤维混凝土对结构增韧和控裂的效果,分别采用材料试验和构件试验进行研究。通过四点弯曲试验,发现ECC的峰值荷载和峰值荷载对应的拉应变要远远大于普通混凝土、PVA纤维混凝土,而且ECC起裂以后,裂缝宽度较小,且发展较慢,控制较好;采用不同高度的ECC、PVA纤维混凝土作为钢筋混凝土梁底保护层,发现1/4h ECC对钢筋混凝土增韧的效果最好,且裂缝宽度为0.2mm时,1/4h ECC的承载能力比普通钢筋混凝土提高1.6倍,峰值荷载比普通钢筋混凝土提高约12%;同时发现,在相同荷载作用下,采用ECC作为梁底保护层时,裂缝宽度比钢筋混凝土小,且可以有效地控制裂缝宽度的快速增长,间接提高结构的耐久性。     

苏州地面沉降区土层微观结构和宏观力学性质分析

地面沉降是苏州地区主要的地质灾害之一,由于长期开采地下水,该地区地面沉降不断加剧,制约了经济发展。结合土体微观结构定量分析和宏观力学性质试验,探索地面沉降问题的微宏观机制。以苏州地面沉降区200m的钻孔土样为研究对象,开展了快速固结、液塑限测定等一系列土工试验。采用冷冻干燥法获取各土层的SEM图像,使用PCAS分析软件对土样进行微观结构分析并在钻孔中布设FBG光缆进行持续性土层应变监测。结合液、塑限试验,快速固结实验数据,微观结构定量分析结果与光纤监测数据,得出以下结论:沉积土层的含水率,液性指数,压缩系数随深度递减;随着深度的增加,土层的定向性由差变好;第二承压含水层土层孔隙大且数量多,压缩潜力强于第三承压含水层,稳定性较差,有必要开展进一步监测研究。     

钢筋混凝土梁正截面率相关特性分析

根据混凝土单轴动力特性试验,对规范给出的混凝土应力—应变关系表达式进行了修正,引入了应变率的影响,并利用修正的表达式对钢筋混凝土梁的开裂弯矩、开裂曲率、极限弯矩和极限曲率进行了数值分析。分析考虑2种情况:①只考虑混凝土的动态特性;②既考虑混凝土的动态特性,也考虑钢筋的动态特性。结果表明,对于适筋梁,混凝土的动态特性对梁的开裂弯矩、开裂曲率、极限弯矩和极限曲率的影响很小,但是钢筋的动态特性的影响比较大;而对于超筋梁,混凝土的动态特性和钢筋的动态特性对梁的开裂弯矩、开裂曲率、极限弯矩和极限曲率都有显著影响。     

上海环球金融中心大厦弹塑性时程分析

在材料应力-应变关系的层次上，进行了高层钢筋混凝土结构的弹塑性时程分析。采用两种非线性宏观单元——梁柱单元和墙单元，单元截面分析采用纤维模型。在计算单元刚度矩阵时，采用子结构技术，从而实现了一根柱或一根梁采用一个非线性梁柱单元来模拟。编制了高层钢筋混凝土结构弹塑性时程分析程序，且用该程序对上海环球金融中心大厦振动台模型结构进行了分析，并与试验数据进行了对比。最后对该大厦原型结构进行了弹塑性时程分析和抗震性能评价。     

GFRP筋混凝土梁耐火性能的试验研究

进行了4根GFRP筋混凝土简支梁在ISO834标准升温曲线下的火灾实验,试件依据ACI440.1R-06进行截面设计,分别考虑了不同荷载比、保护层厚度、端部锚固方式对梁耐火性能的影响。试验结果表明,GFRP筋混凝土梁在火灾中的裂纹开展深度较传统的钢筋混凝土结构明显偏大。由于GFRP筋横向膨胀大更易造成梁底混凝土的开裂与剥落,建议在满足纵筋锚固性能要求的前提下,尽量减少端部J型锚固筋。GFRP筋在高温下的材料性能衰减严重,合理的设计保护层厚度和限制GFRP筋的使用内力,可使GFRP筋混凝土梁的耐火性能满足实际工程的需要。