光纤Bragg光栅传感器实现斜拉桥索力实时监测的研究

民用工程结构的健康监测 ,日益引起人们的重视 ,光纤传感技术 ,尤其是光纤光栅传感技术 ,因其易构成高性能、低成本的传感器阵列 ,并在结构监测应用工程中 ,具有巨大的潜力。笔者介绍一种斜拉桥索力实时监测的新方法即光纤光栅法。将光纤光栅刚性粘贴于传感头外表面上 ,使传感头承受拉索的索力 ,通过对光纤光栅波长移动量 (Δλb)的解调 ,以测出索力的大小。通过实验结果与理论分析证明 ,该测试系统具有结构简单、测量范围大、稳定性和线性度好等特点 ,该监测系统既可用于斜拉桥施工阶段的索力测定 ,也可以用于在役斜拉桥结构的长期安全监测。     

光纤光栅监测技术在桥涵加固中的应用

在土木工程领域,光纤智能健康监测方法是对建筑物或构筑物的健康状况进行检测的一种新方法.采用200 mm×300 mm×3 000mm试件,对比试验研究桥梁监测中广泛应用的振弦传感器与布拉格光栅传感器.结果表明,布拉格光栅传感器具有更好的检测精度、线性响应和重复性.根据光纤光栅传感器的应变传感特性标定试验,在武黄高速公路的典型桥涵中布设光栅传感器,采集分析加固前后静载试验工况下底部钢筋以及桥涵加铺层钢筋的应变数据,评估高速公路桥梁加固效果,并对桥涵结构进行长期监测.监测结果表明,埋入的光纤光栅可方便地监测桥涵安全状况,其稳定性与耐久性满足钢筋混凝土桥梁结构长期健康的要求.同时,根据光纤光栅传感技术在桥梁监测中的应用实践,探讨了其在桥梁监测中应用所面临的一些关键问题及解决途径.     

纵向肋条对斜拉索减振特性的影响研究

为研究纵向肋条气动措施对斜拉索风雨激振现象的抑振机制,首先,建立可用于分析带有运动水线的不同气动外形斜拉索的风雨激振理论模型;然后,推导耦合的水膜运动方程和拉索振动方程;最后,采用该理论模型系统分析带有不同个数纵向肋条的斜拉索的振动响应、水膜形态特征以及拉索表面气动升力和阻力的变化特性等。结果表明:纵向肋条会阻碍上水线的形成,通过增加拉索表面的纵向肋条个数,可降低拉索发生风雨激振的风险;当拉索沿环向布置12根纵向肋条时,水线运动的主频已远远偏离拉索的固有频率,在保证风阻系数小的同时降低拉索的横风向振幅,减振效果最佳。     

光纤光栅(FBG)传感器在尾矿库在线监测中的应用

光纤光栅(FGB)传感器已经广泛应用于水利工程监测中,在尾矿库在线监测系统中的应用也在逐步增多。为提高某尾矿库在线监测系统的抗干扰和运行稳定性,某尾矿库在线监测系统工程采用以光纤光栅传感器作为主要采集设备。应用结果表明:光纤光栅传感设备的突出优点是运行稳定性好、抗干扰能力强,测量精度满足使用要求;明显不足是安装条件要求高,前期投入较高。     

光纤光栅索力测试系统

光纤光栅索力测试系统是由中铁大桥局桥科院研发的专利产品。该系统由光纤光栅压力环、连接光纤、数据解调仪3个部分组成,光纤光栅压力环安装在吊索或斜拉索的锚固区域。通过这一系统,不仅可以在施工阶段监控吊索或斜拉索的索力,保障桥梁施工安全和精确合龙,而且可以在桥梁投入运营后,随时监控索力,保证桥梁的安全。     

用于预应力筋长期实时应力监测的光纤传感测试技术研究

预应力筋是预应力混凝土结构中的关键受力构件,对其应力状态的监测具有重大意义。针对传统测试方法难以有效解决其应力分布测试问题的现状,提出基于光纤布拉格光栅传感测试技术的预应力筋长期实时应力监测方法。设计模拟张拉装置,并构建预应力钢筋的光纤光栅应变测试系统,进行模拟试验研究,其试验结果表明,该测试系统适合于预应力筋的工作环境,具有线性度高、重复性好,且不影响基体性能的特点。此外,针对预应力钢绞线的特殊结构和工作特点,提出具有温度补偿能力的锚端光纤布拉格光栅应力传感测试方案,并进行理论分析。研究结果验证了光纤光栅传感技术用于预应力筋应力测试的可行性,并为其实际工程应用奠定了基础。     

桥梁施工过程的布拉格光纤光栅安全监测技术

为了安全可靠地建好每座大跨桥梁,就要对每座桥的施工过程进行安全监测,传统的安全监测方法是采用电测技术,由于抗电磁干扰性差等原因,测试的数据真实性差。笔者在布拉格光纤光栅的传感原理、室内悬臂梁试验和埋设工艺的研究基础上,成功地在黑大公路牛头山大桥上布设了布拉格光纤光栅应变传感器,为对比布拉格光纤光栅的监测结果,埋设了应变砖测试混凝土的应变,监测了该桥预应力混凝土连续梁先简支后连续施工的全过程,施工监测结果表明:布拉格光纤光栅监测大桥施工结果准确、稳定和可靠,同时证明该光纤光栅测试技术可以用于桥梁施工过程的安全监测且结果明显好于传统的电测技术。     

基于光纤传感网技术的智能油田综合监测系统

基于光纤传感网技术提出一种应用于油田各采油井中集防火、防盗与钻油井架作业安全在线实时监测于一体的智能油田综合监测系统。利用光纤布拉格光栅(FBG)分别进行温度和应变传感器封装,并进行混合组网,对油田各油井区域的实时温度、井架形变、作业区域周界或储油罐周界的入侵、盗窃等进行在线监测,采用自主研发的16通道光纤光栅解调设备对监测网络各传感节点的光信息进行实时解调,通过后端信号处理方法对温度、应变异常和周界入侵进行自动检测、识别和报警,实现油田生产及安全的在线自动综合监测。     

矮塔斜拉桥单侧断索和双侧对称断索影响效应分析

为研究断索现象对矮塔斜拉桥力学性能和安全性的影响，以浙江某实际工程为背景，使用Midas/Civil建立有限元模型，研究单侧单束断索和双侧对称断索两种工况分别对斜拉索索力、塔顶DX位移和主梁跨中弯矩的影响。研究发现：单侧断索对断索侧索力和跨中弯矩、主塔塔顶DX位移的影响较大；双侧对称断索对主塔两侧索力和跨中弯矩影响趋势相同，对边塔塔顶DX位移影响较大；最外侧斜拉索断裂对3个力学指标的影响均为最大，故实际运营中应重视对外侧斜拉索的保护。     

基于光纤传感技术的过山车疲劳寿命预测研究

过山车承受复杂随机交变循环载荷,其引起的疲劳损伤是过山车突然失效的主要原因,过山车结构的疲劳及由此引起的安全问题愈来愈突出。本文采用光纤光栅传感器对过山车关键结构的应力进行实时监测。针对实时监测数据,采用双参数四峰谷值雨流快速计数程序,对光纤光栅监测得到的实时应力监测数据进行数据压缩、峰谷值挑选、无效幅值去除等,得到疲劳损伤热点区的有效应力幅。同时采用Miner线性累积损伤理论和名义应力法对过山车热点区的累积损伤和疲劳寿命进行计算与预测。根据热点区2个测点的疲劳寿命分析结果,该过山车轨道的疲劳寿命满足规范基本要求。本文将光纤传感在线实时监测技术与疲劳寿命预测方法相结合,为更加准确的实现过山车的累积损伤及疲劳剩余寿命的实时显示和分析提供了新手段。     

斜拉桥支架法施工的自适应安全监测技术

介绍自适应控制的基本原理及其运用现状。根据斜拉桥的实际情况选用自适应控制形式,在主要部位埋设传感器和相关的测试仪器,明确监测时间并在实施中严格执行。依据实测结果对标高、应力、容重等参数按实际情况进行修正,得出施工过程中的受力状态,从而调整施工。算出主梁各节点理论施工预拱度变化曲线等数据并与实测值进行比较,反复修正。自适应法达到了仿真计算与实际施工过程保持一致的最佳施工控制效果。绥芬河斜拉桥的施工证明,自适应法是一种很适合斜拉桥支架施工安全监测的技术,值得推广应用。     

Bolted flange joints equipped with FBG sensors in industrial piping systems subjected to seismic loads

The vulnerability of major-hazard industrial plants to natural hazards has been recognized as an emergent issue whose importance is underlined by the Sendai Framework, established immediately after the Tohoku earthquake of 2011, in Japan. Hence, seismic risk analysis is of paramount importance as testified by the intense research activity that characterized the last years. In this respect, structural health monitoring can represent a valuable tool able to strongly help the decision-making phase. Along this main vein, optical fibers (OFs) represent a class of sensors able to both monitor critical conditions, as leakage of hazardous material, and activate safety barriers, if any. More precisely, optical fibers represent an economic solution, whose characteristics appear particularly suitable for dangerous environments like major-hazard plants. However, investigations relevant to their use for seismic monitoring of chemical/petrochemical plants are rather limited, especially when subject to strong dynamic excitations. As a result, this paper deals with the analysis of optical fiber Bragg gratings (FBGs) applied to bolted flange joints (BFJ) under cyclic loadings. More precisely, two experimental programs, i.e., a cyclic test on a single BFJ and a series of shaking table tests on BFJs of a multicomponent system, demonstrated the effectiveness of the proposed monitoring systems in detecting hazardous conditions and, thus, their potential use in conjunction with safety barriers.     

斜拉桥成桥安全检测及评价

在对现场测试结果及理论分析结果进行综合分析的基础上,对湘潭湘江三大桥进行总体安全评价,保证桥梁长期稳定运营。理论和实践表明,将安全评价方法、桥梁检测技术与现行桥梁规范结合起来,将桥梁现场静动力荷载试验与理论分析结合起来,以桥梁规范所要求的各类力学标准和性能标准作为安全评价的力学指标和性能指标,对大跨径斜拉桥进行成桥安全检测及安全评价是可行的,而且是必须的,也是我国的桥梁检测技术发展的方向。     

新管幕法下穿铁路既有线施工地表沉降监测

为避免新管幕法下穿铁路既有线施工所导致的轨面不平、列车晃车等铁路运营事故,以太原市迎泽大街下穿火车站通道工程为施工背景,考虑火车站内强电磁干扰环境对传统电磁、电容式传感器的影响,选用合适的光纤光栅传感器对地表沉降进行监测,设计了监测方案并搭建了监测系统,获得了施工引起的地表沉降数据,并用数值模拟方法研究了土体沉降,获得了地表横向距离沉降规律,对比论证了该监测技术的正确性和有效性。监测和计算结果表明,新管幕法施工引起的地表沉降呈漏斗状,中间大两头小,监测断面的最大沉降值为21.2 mm,在施工安全范围内。     

基于气压监测的外浮顶储罐火灾报警系统研究

目前,外浮顶储罐的火灾报警系统是采用光纤光栅火灾报警系统。但是,考虑到光纤光栅火灾报警运行费用高和存在报警盲目的缺点,研制了基于气压监测的外浮顶储罐火灾报警系统。针对不同型号的感温探头,开展了火灾报警系统火灾报警响应时间和报警温度实验,分析了火焰距离、热熔管管径以及管壁厚度与对火灾报警响应时间和报警温度的影响。实验结果表明:随着火焰距离的增大,报警响应时间增长;相同火焰距离条件下,随着感温热熔管直径的增大,报警响应时间增长,报警温度升高。Φ6热熔管的火灾报警温度为116.8℃,Φ8热熔管的火灾报警温度为129.1℃,Φ10热熔管的火灾报警温度为156.7℃。     

采用减隔震支座提高桥梁结构的安全性

研究了减隔震技术对提高桥梁结构抗震安全性的作用 ,采用有限元动力非线性分析程序 ,对设置板式橡胶支座、铅芯橡胶支座的桥梁结构进行了非线性时程分析 ,分析中考虑了桥梁结构与减隔震支座的非线性特性。结果表明铅芯橡胶支座较板式橡胶支座具有较好的抗震性能 ,同时针对采用铅芯橡胶支座的减隔震桥梁 ,分析了支座参数变化对桥梁结构抗震安全性的影响     

Image rotation method for identification of NPW signals in the localization of pipeline leakage

Gas and oil are mainly transported through long-distance pipelines on land. Pipeline leaks lead to severe hazards to the environment and economy and even imperil human lives. Negative pressure wave (NPW)-based methods are fast and effective for leak monitoring and localization. The key problem for an NPW-based method is to determine the NPW and its arrival time, which is characterized by the knee point in the time domain signal. In this paper, an image rotation method is proposed based on the shape characteristic of the time domain signal induced by an NPW. Through image rotation, the knee point turns into the highest point, which is easy to detect. To verify the performance of the proposed method, leakage experiments were conducted on liquid and gas pipeline models. Previously developed FBG pipe fixture sensors were used to detect an NPW. These sensors were equidistantly installed on the pipeline, forming a sensor array. Based on the sensing array, a novel leak localization algorithm was used to compute the leakage position. The experimental results indicated that the image rotation method has good performance for identifying an NPW, even though many noise- and pressure-induced fluctuations exist in the signals. This method enables automated real-time monitoring and has potential for practical application.