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.     

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。     

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。     

法布里-珀罗光纤传感器在桥梁健康监测中的应用

对桥梁实施监测 ,是诊断桥梁健康状况的主要手段 ,现代传感技术和计算机技术的发展 ,使桥梁健康状态的实时监测变为可能。笔者分析了法布里 -珀罗光纤传感器的基本原理和特性 ,设计了一种法布里 -珀罗应变测试系统 ,并在预应力混凝土连续桥梁上与电阻式应变传感器进行了应变对比测试试验。试验结果表明 ,法布里 -珀罗光纤传感器对环境温度不敏感 ,易与钢筋、混凝土复合 ,适用于桥梁结构的应变测试 ,可用于桥梁健康状态的在线监测     

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。     

压力管道薄弱部位的光纤Bragg 光栅应变监测技术研究

为预防压力管道泄漏或者恶性爆管事故的发生,采用光纤Bragg光栅传感器对压力管道薄弱部位进行表面应变监测,实现对压力管道爆管事故的安全监控。采用一段定制加工的实验压力管道,首先采用ANSYS 软件对压力管道进行了应变建模和有限元分析,得到压力管道的 L 型、U 型和 T 型接头等薄弱部位的应力分布,然后在应力集中区贴装光纤 Bragg 光栅传感器,对表面应变进行实时测试,测试结果经过应变传递误差修正之后,与理论值和电阻应变片结果进行比对,证实了光纤 Bragg 光栅传感器对压力管道薄弱部位安全监测的可行性。     

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。     

基于光纤光栅的斜拉索振动参数监测实验研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件 ,对其动力特性进行监测具有重要意义。斜拉索工作条件恶劣 ,现有的测试方法难以实现长期在线监测 ,实现斜拉索的振动在线测量 ,传感器是问题的关键。光纤光栅传感器具有极其优良的稳定性 ,已被证实适用于长期监测 ,在结构监测领域具有非常广泛的应用前景。笔者提出了一种基于光纤光栅传感器的斜拉索动力特性在线监测方法 ,建立了用光纤布拉格光栅作传感器监测斜拉索振动的测量模型 ,为验证该模型建立了模拟试验装置 ,在实验室进行了模拟实验研究 ,并将光纤光栅和传统的电阻应变片两种测量方法进行了实验对比。与传统测试手段相比 ,该方法结构简单 ,成本低 ,并能实现斜拉索动力特性的长期在线监测。     

基于光纤光栅的可燃性粉尘浓度测量技术研究

粉尘燃爆等事故的频发,使本质安全型粉尘监测技术的需求越来越迫切。光纤光栅元件以光为传感信号,具有无电监测、抗电磁干扰、精度高、可靠性好、耐高温、耐腐蚀等优点,是本质安全的新一代光无源传感器件,非常适合于恶劣粉尘环境的安全监测。利用一对光纤准直器和一个光纤光栅,构建了一种粉尘浓度探测装置,阐述了测量装置和测量原理,搭建了测试平台,对粉尘浓度与光纤光栅反射谱功率的关系进行了实验研究。测试结果表明,随着粉尘浓度的增大,光功率呈现基本的线性减小趋势,测量技术有望得到推广应用。     

分布式光纤在栈桥监测中的应用分析

为解决传统监测方法在大型基坑支撑结构监测中难度大、效率低、误差大等问题,提出利用分布式传感监测技术对太原火车站调蓄池桁架支撑体系栈桥应力、应变进行监测。基于布里渊光时域反射技术(BOTDR)的测量原理和优点,设计应用一套分布式栈桥监测系统,对栈桥扰动下测试和长期变形监测。结果表明,基于BOTDR技术的栈桥分布式光纤监测系统能够准确地反映支撑体系中栈桥的变形情况,具有显著优势,可满足栈桥变形长期监测和早期安全预警。     

预应力连续梁桥火损后的应变监测及分析研究

以实际火损钢筋混凝土预应力连续铁路桥梁工程为依托背景,对该梁体发生火灾后45天内的应变进行了紧密监测。围绕其经火灾高温后的应变变化、力学性能变化等,对所测得的实际应变监测数据进行了详细分析,研究了该梁体火损后应变随时间的变化特性,得出了桥梁结构火损后应变随时间的变化规律以及力学性能的变化等结论。为后期进行桥梁检测评定与维修加固奠定了坚实的理论基础。     

钢结构人行天桥自振频率优化分析

为了提高人行天桥的整体安全性,该文在结构设计的理论基础上提出了一系列有效措施。以楚雄市某钢箱人行天桥为依托,采用结构优化的方式,利用有限元软件建立参数化模型,以梁高和二期荷载为变量,以基频和时程为目标函数,分别将钢箱梁梁高增加20 cm和30 cm,将原混凝土铺装更换为轻型材料聚氨酯塑胶,天桥的基频提高到原来的两倍多。结果表明:梁高和铺装对人行天桥抗震性能有着显著的影响,增加梁高,采用轻型铺装,能有效地优化人行天桥的自振频率,保证了结构安全,可为类似结构的安全运行提供有力参考。     

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。     

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。     

温度作用下混凝土拼接桥梁拼接缝界面剪应力研究*

为探究拼宽混凝土桥梁在温度效应下连接缝位置产生的界面剪应力问题,考虑施工过程中现浇拼接缝混凝土各项参数的变化,以某高速公路拼接桥梁为研究对象,基于初等梁理论提出1种考虑纵向温度应力的拼宽桥梁界面剪应力力学模型。结果表明:拼接缝混凝土弹性模量的改变对拼接缝界面剪应力的数值和分布形态影响较小;新梁和旧梁的线膨胀系数差异越大拼接缝界面剪应力越大;研究得到不同拼宽宽度下拼宽桥界面局部剪切柔度修订值的变化规律,并拟合变化公式。     

基于F-R-M法的刚构-连续梁桥施工期结构强度风险分析

为了解决刚构-连续梁桥施工过程中的风险问题,提出了一种神经网络与有限元结合的定量风险分析方法（F-R-M法）。以八盘峡黄河特大桥为工程背景建立有限元模型,运用参数敏感性分析确定出最不利施工阶段的结构强度主要风险随机变量,然后以蒙特卡洛原理为基础,通过径向基（RBF）神经网络计算结构失效概率,最后对桥梁施工风险进行定量分析。结果表明:该桥在最大悬臂状态下,结构应力仿真次数超过 1 000 万次时,梁体在最大悬臂端应力失效概率仅约为 1.17×10-5,失效概率极低。基于参数敏感性的F-R-M法可以快速、较高精度地对高速铁路刚构-连续梁桥施工期结构强度风险进行定量分析。     

基于无线传感网络的安全监控系统应用研究

对某特种气体厂生产过程中潜在的危险有害因素进行了辨识分析,提出了相应的对策措施,提出了基于MEMS传感器、无线传感网络和3G（GIS、GPS、GPRS）技术的安全监控系统方案,包括安全监控系统架构、MEMS传感器和无线传感网络节点的设置方案、无线传感网络接入和通信机制和安全监控系统的软件功能。所提的技术方案已在该特种气体厂进行示范应用,取得良好运行效果。     

便梁施工时铁路轨道安全性试验研究

为了保证列车在铁路便梁施工时安全运行,需要对铁路轨道的安全性进行研究。首先要对列车进行3个阶段的测试,即限速阶段、试验车测试阶段、监测阶段,测试每个阶段中钢轨的内、外轨垂直力和横向力;然后计算出脱轨系数和轮重减载率,测试轨头位移,计算出轨距弹性挤开量。根据试验结果,对行车安全进行评估,同时全过程监控行车安全,为以后铁路便梁施工时提高列车限速、保证列车行车安全提供重要技术参数,具有重要意义。