一种光纤光栅倾角传感器的试验研究

设计了一种新型的光纤光栅倾角传感器。本设计将简单可靠的金属悬臂梁结构与高灵敏度的光纤布拉格光栅相结合,考虑了光纤布拉格光栅的温度补偿及灵敏度,从而保证其整体耐久性较好、测量精度较高。将该倾角传感器与光纤光栅解调仪组成监测系统,同时利用无线电容式倾角仪对其灵敏度进行标定,取得了良好的线性数据,证明该倾角传感器性能良好。     

光纤布拉格光栅传感器在钢架结构健康监测中的应用研究

光纤布拉格光栅(FBG)传感器凭借其体积小、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰、分布或者准分布式测量、可实现远距离的监测与传输等优点,在土木工程健康监测中得到日益广泛的应用。本文在光纤布拉格光栅(FBG)传感器的传感原理、标定试验研究基础上,讨论了利用FBG传感系统监测钢架结构在冲击荷载作用下的应变和加速度的可行性;同时利用ANSYS有限元分析软件建立了适用于结构分析的有限元模型,对钢架结构进行了详细的仿真分析计算,最后对理论计算结果及实测结果进行了详细的对比分析,所取得的结果比较接近。研究表明,光纤布拉格光栅传感器可以很好的测量钢架结构的动态响应。     

装配式综合管廊光纤智能螺栓受力原型试验研究

掌握装配式综合管廊的螺栓节点在土体回填、加载、卸载等工况中所承受的应力变化,对于准确评价管廊施工和运营期的稳定性有着重要的作用。针对常规的监测手段难以满足综合管廊在施工及运营期间安全监测要求的瓶颈,基于开发的光纤光栅(FBG)智能螺栓应力计,对南京江北新区某综合管廊的建设过程进行原型试验研究。现场监测结果表明:FBG螺栓应力计监测数据与管廊的连接位置、施工工况、堆载大小及位置等有关。在管廊上部堆载从0增加至4 000 kN的过程中,FBG螺栓应力计测试数据处于安全阈值,表明其具有足够的螺栓预紧度;根据相关规范,螺栓所受的最大应力满足设计使用要求,保证了管廊结构的承载力处于安全范围。本研究充分验证了光纤传感技术在装配式综合管廊受力变形监测中的有效性,未来值得推广应用。     

温度与非轴向力对光纤光栅应变传递影响的分析

由于光纤、保护层和粘贴层以及基体材料的物理力学性能不同,使得光纤光栅传感器的测量应变不等于基体材料的实际应变。本文以埋入式非轴向力作用下的光纤光栅作为研究对象,采用弹性理论分析,利用剪滞法,推导了光纤光栅传感器在非轴向力和温度共同影响下的测量应变与基体结构实际应变之间的应变传递计算公式,并采用有限元方法对其分析,讨论了温度变化对非轴向力作用下的光纤光栅应变传递的影响,为埋入式光纤光栅传感器在非轴向力和温度影响下的应变测量提供理论依据。     

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。     

基于光纤光栅和小波包分析的结构损伤探测

以光纤光栅为传感元件、小波包分析为信号提取工具,获取了智能材料四边简支板损伤前、后的动态应变信号检测方法,并采用耦合神经网络方法对智能材料四边简支板结构进行了损伤识别分析。结果表明,光纤光栅可非常灵敏地检测出智能材料内部的动态应变信号,小波包信号处理方法可获得大量反映结构损伤特征的有效信号;随着损伤孔径的增大,耦合神经网络损伤识别的精度提高,可得到损伤的位置和大小的信息。研究结果在大型工程结构的健康监测中具有重要的潜在应用价值。     

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。     

基于瞬态分析法的预应力与非预应力钢筋混凝土梁动力响应对比分析*

提出了基于瞬态动力分析完全法的预应力钢筋混凝土梁爆炸冲击模拟方法,并采用已有试验结果验证了方法的合理性,进一步对比探讨了非预应力钢筋混凝土梁与预应力钢筋混凝土梁的动力响应差别和响应机制。研究结果表明：爆炸荷载作用下,钢筋混凝土梁的跨中底部位置最先发生塑性变形,混凝土容易受拉开裂,且爆炸荷载越大开裂越严重;由于预应力筋的存在,预应力钢筋混凝土梁跨中挠度显著减小,预应力钢筋混凝土梁开裂范围大幅减小,裂缝深度也显著降低,但是浅层裂缝的横向分布范围稍有增加;预应力改善了梁的受力状态,使得梁所受荷载均布转移,在爆炸冲击荷载作用下,大部分应力都由预应力筋来承担,非预应力钢筋的应力较小,预应力筋是提高结构抗爆性能的关键点;当脉冲荷载卸载至零后,梁跨中的挠度均能恢复至自重状态下的变形量,说明预应力钢筋混凝土梁在爆炸冲击荷载作用下,仍处于弹性工作状态,这与非预应力钢筋混凝土梁显著不同。模拟研究结果对预应力钢筋混凝土结构抵抗爆炸荷载领域的应用有一定的参考意义。     

基于环形光纤光栅应变传感器的管道泄漏监测研究

为了获取一种更为经济有效的管道泄漏监测方法。本文在阐述环形光纤光栅应变传感器健康监测及定位原理基础上,实验模拟管道泄漏,采用环形光纤光栅传感器对相应工况进行实时监测。应用SM-130解调仪,结合Savitzky-Golay法对监测数据进行分析,得出环形光纤光栅传感器不仅能对管道泄漏反应迅速,而且能减少管道起始内压对监测结果的影响。整个实验中环形光纤光栅应变传感器对于管道的泄漏监测表现出灵敏度高、响应时间快、误报率低等特性,且能实时连续监测,是一种良好的泄漏监测方法。     

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。     

水泥粉煤灰建筑垃圾桩处理软土地基试验研究

本着节能环保的发展理念,提出水泥粉煤灰建筑垃圾桩处理软土地基的方案,用建筑垃圾再生粗骨料(粒径范围4.75~9.5 mm)代替碎石、细骨料(粒径范围0.075~0.6 mm)代替中粗砂,并通过室内试验、现场试验及质量检测等验证方案的可行性。结果表明:建筑垃圾再生骨料混凝土的最佳配合设计为胶凝材料掺入比15%,水泥∶粉煤灰=2∶1(E组);试件90 d养护龄期的无侧限抗压强度较28d增加幅度在19.5%~26.5%之间,高于普通混凝土。采用标准试件28 d养护龄期的无侧限抗压强度值作为再生骨料混凝土的抗压强度标准值,偏低;单桩复合地基的承载力为487.7 kPa,较天然软土地基承载力提高了3.8倍,满足复合地基承载力的设计要求。     

乌鲁木齐机场戈壁砾石土填料的工程特性试验研究∗

以新疆乌鲁木齐机场改扩建工程中道基填筑拟采用的戈壁砾石土填料为研究对象,开展了戈壁砾石土的颗粒分析、表面振动压实、点荷载强度等物理力学试验,对其颗粒特征、压实特性以及大粒径砾石强度展开了探讨.结果 表明:该地区戈壁砾石土不均匀系数Cu为37.9,曲率系数Cc为2.12,属于级配良好的砾类土,且填料在1～2 mm粒组处存在一定程度的缺失;不同粗颗粒含量戈壁土均存在明显的最优含水率与最大干密度,最大干密度随含水率变化呈现抛物线形式,且随着填料粗颗粒含量的增加而增加;天然级配的戈壁砾石土粗颗粒含量超过70％,最大干密度可达2.41 g/cm3;另外,戈壁砾石土中大块砾石的强度较高,自然风干状态下单轴抗压强度的平均值约为60 MPa.试验得出乌鲁木齐机场建设采用的天然级配的戈壁砾石土是一种非常好的道基填筑材料,研究结果亦可为类似工程提供参考.     

玄武岩纤维遏制作用下的砾类土管涌试验研究∗

管涌如果无法及时得到遏制,会导致大量土体流失以致堤防溃决。为研究管涌发生环节时使用玄武岩纤维的遏制作用,拟通过室内管涌试验,从孔压、水力梯度、渗透系数、流速、颗粒流失等方面,研究不同纤维含量和纤维长度的玄武岩纤维对管涌发生发展的遏制效应。结果表明,玄武岩纤维的加入使得缺级配砾类土体的迁移通道变得更加曲折和狭窄,从而遏制整个土体的管涌发展。同等玄武岩纤维含量下玄武岩纤维缺级配砾类土存在最佳的纤维长度遏制管涌发展。纤维长度过长,增大了土体的迁移路径同时也使迁移通道相对变宽;纤维长度越短使得细颗粒的迁移通道变得更加狭窄,更加容易造成局部堵塞,进一步使得管涌继续从其他方向发展,造成颗粒的进一步流失。     

砂土含水率对DAS振幅响应影响的试验研究∗

利用分布式声波传感（DAS）技术和地下通讯光纤网进行周界安防（入侵）监控、管道泄漏监测、交通状况评估等是城市安全动态监测的新方向。为探究DAS 监测过程中暗光纤周围岩土介质含水率变化对DAS 振幅响应特性的影响,设计了小球撞击圆盘与小球直接撞击砂土面二种激振方式下五种质量含水率0%、5%、10%、15% 和20%砂土的DAS 振幅响应试验。试验结果表明：（1）小球自由下落撞击砂土面激发的振动信号和传感光纤圆环布设可提高DAS 信噪比,试验装置可靠性高、试验结果重复性好;（2）受砂土似黏聚力和声波传播衰减两个因素共同影响,DAS 信号振幅随砂土含水率变化存在一个临界含水率。当砂土含水率小于临界含水率时,DAS 信号振幅随含水率增大而减小,而当砂土含水率大于临界含水率时,DAS 信号振幅随含水率增大而增大;（3）因砂土似黏聚力作用和小球撞击时能量转化的差异,小球与砂土的接触形式对DAS 振幅响应有显著影响。研究结果为城市地下工程安全动态DAS 精细监测提供理论依据。     

可液化土层对土⁃地下结构地震反应的振动台试验设计∗

液化区域与结构的相对位置和液化场地产生的大位移,对地下结构的动力响应存在很大的影响。基于此,采用振动台试验,针对目前地铁区间隧道建设中常见的单层双跨断面形式结构,开展了一系列振动台试验。系统阐述了本次大型振动台试验中方案设计相关内容,包括相似关系设计、地基土制备、结构模型制备、防水处理、试验测试技术与传感器布置、试验工况设置等,并对液化场地自由场工况的地基土地震反应进行分析。结果表明：本次系列试验设计方案可以形成较好的液化宏观试验现象;模型箱的边界效应较小;相同地震动峰值条件下 Kobe 波和北京人工波作用时,土体产生的剪切变形最大,名山波作用下土体产生的剪切变形最小。试验设计思路和前期试验结果可以为振动台后期试验的顺利展开做好准备工作。     

微生物修复柴油污染土试验研究∗

为比较提取的5种降解菌及混合菌修复柴油污染土的能力,利用超声萃取-紫外分光光度法对修复后柴油污染土剩余油浓度进行测定,研究温度、pH、含水率及接种量等对柴油污染土降解效果的影响。结果表明,降解菌的降解率随温度升高先增大后减小,且温度为32℃时,六种组合柴油污染土的降解率均达到最大值;随pH增大,苍白杆菌属的降解率逐渐减小,铜绿假单胞菌的降解率逐渐增加,假单胞菌属、戈登氏菌属和混合菌的降解率先减小后增大,博德特氏菌的降解率先增大后减小;随含水率增大,苍白杆菌属和混合菌的降解率先增大后减小,假单胞菌属、戈登氏菌属、铜绿假单胞菌和博德特氏菌属的降解率呈上升趋势;随接种量增大,苍白杆菌属和混合菌的降解率先增大后减小,假单胞菌属、戈登氏菌属、铜绿假单胞菌和博德特氏菌属的降解率先减小后增大。通过对比试验建议使用混合菌修复柴油污染土,并给出了降解优化条件。     

STW型生态土壤稳定剂改性土强度试验研究

对STW型生态土壤稳定剂改性重塑土在不同掺量、不同制备方法及不同养护条件下的强度变化进行了试验研究。试验结果表明:STW型生态土壤稳定剂对重塑土无侧限抗压强度具有明显的增强效果,并与试样的制备方法、稳定剂掺量及养护条件有关;5%的掺入量改性效果最佳;在室温下养护72小时其强度提高幅度最大。同时,还对STW型生态土壤稳定剂土质改性机理进行了分析。     

保压蜗壳外围混凝土应变及脱空分布式光纤监测

采用基于PPP-BOTDA分布式光纤应变感测技术,将特制的感测光缆安装到水轮机保压蜗壳表面及外围混凝土内,对充水试验和保压卸压过程中蜗壳结构的应变分布和变化进行监测,实测光纤应变量与计算结果接近。当充水试验加压到2.6MPa和4.1MPa时,钢蜗壳表面的环向平均实测应变分别为330με和590με。感测光缆有效监测到了蜗壳在首次加压到1MPa时的应力调整现象,以及卸压后约-20με的残余应变。试验中还观察到了卸压后外围混凝土的收缩,混凝土结构环向压应变约为70～100με,计算得到蜗壳和混凝土脱空的隙缝开度为0.5～1.4mm,监测成果可为蜗壳结构的设计优化提供参考。