岩层变形检测的植入式光纤Bragg光栅应变 传递分析与应用

 为研究深部岩层的变形及其发展过程,构建光栅–传感器结构–水泥砂浆–岩层的应变传递系统,根据光纤光栅传感器的应变传递理论,分析用于岩石检测的光纤、中间层和岩层力学参数对光栅应变传递率的影响,给出光纤光栅传感器及钻孔参数设计,为工程应用提供依据。研究表明,深孔岩层监测的钻孔直径宜选100 mm左右,光纤光栅传感器的临界长度为149.23 mm。将其应用于济三煤矿第四系松散地层沉降变形监测中,结果表明,光纤光栅传感器可对松散层的应变变化进行实时检测。     

耐腐蚀光纤光栅传感器的研究

光纤光栅传感器具有广阔的应用前景,但就目前来看,最有发展和应用前景的是抗恶劣环境的光纤光栅传感器和利用光纤光栅进行结构腐蚀技术的监测。本文主要提出新型耐腐蚀光纤光栅温度传感器和应变传感器。这种耐腐蚀传感器制作简单、性能可靠、易于进行加工制造,可以用在任何有监测需要的结构中,用来完成实时监测的工作,以降低结构安全问题的可能性。     

超深基坑施工支护结构受力变形实测分析

结合上海硬X射线项目一号工作井超深开挖、超长降水周期的工程实践,通过对围护结构变形、支护体系受力等全面的信息化监测,研究探讨了超深基坑施工围护结构的变形规律和支撑体系的受力状态,提出了基坑施工的变形控制建议,以保证基坑围护体系安全运行,同时为软土地区同类超深基坑设计和施工提供借鉴和参考。根据实测分析发现:1200mm厚超深地下连续墙自身刚度较大,抗变形能力较强,开挖阶段地下连续墙变形只发生在应力释放初期;砼支撑对地下连续墙和立柱的隆起约束较大,立柱的隆起量比地下连续墙隆起量大2～2.8倍;与设计轴力相比,斜撑实测轴力增长要小于对撑。     

基于BOTDA的地下连续墙分布式变形监测技术研究

介绍了一种利用 BOTDA 分布式光纤传感技术，监测地下连续墙在基坑开挖过程中受力变形过程的方法。通过在地下连续墙钢筋和H型钢上布设分布式光纤传感器，使之能够在基坑开挖过程中自动获取桩身的应变、弯矩、挠度等数据；采用双线的测量方法，具有温度自补偿的能力。     

基于BOTDR深基坑工程地下连续墙变形监测应用研究

分布式光纤监测技术应用到基坑支护墙体的变形监测中可弥补传统监测方式实时性差、智能化程度低等缺点。本文介绍了基于BOTDR的光纤感测技术对基坑支护体系地下连续墙的变形监测的传感光缆布设方法、变形计算原理,并对计算过程中产生的误差进行分析。分析结果显示,误差大小与支护墙体的深度、变形大小成正比,与两测线间的距离呈反比。研发了新型高强度应变传感光缆并将其应用于苏州地铁车站的基坑开挖过程引起的支护墙体变形监测中。监测结果表明：三级钢支撑可有效控制变形,该围护结构设计可行,地下连续墙变形在合理范围内;光纤数据与测斜管数据对比基本一致,说明了该计算方法的可行性。研究成果表明该方法可大规模应用于基坑开挖引起的地下连续墙变形实时预警监测。     

郑州奥体中心体育馆网架结构施工监测

以郑州奥体中心体育馆屋盖网架结构施工过程为例,详细介绍网架结构施工过程的监测指标及相关新型传感监测技术。以网架结构关键杆件应力、应变为主要指标,利用自行研制开发的低温敏型光纤光栅应变传感器,对网架结构施工过程的受力、变形特征进行全面监测,进而综合评价施工质量。该监测技术为网架结构安全施工提供可靠的解决方案。     

大坝模型试验的光纤传感变形监测

考虑到大坝模型试验中内部变形难以监测的现状,研制了一种新型的基于光纤布拉格光栅(FBG)技术的光纤传感器.这种传感器为圆棒式结构,其表面沿轴向安装了准分布式的光纤布拉格光栅.对于大坝物理模型,该传感器可预埋入坝体和坝基的内部.当大坝受到油压千斤顶荷载产生变形时,该传感器类似于一根一端固定并同时受轴向拉、压和横向弯曲的弹性梁.根据弯梁原理,由光纤布拉格光栅测得的应变结果可反算出大坝沿水平向和竖向的位移分布.室内标定试验结果表明,该传感器测得的变形量与其他常规传感器的读数一致.在一个二维混凝土重力坝物理模型的超载破坏试验中,采用预埋于坝体、坝基内部的光纤传感器以及表面安装式位移计、电阻应变花对该模型进行实时的变形监测.试验结果验证了该光纤传感器在大坝模型内部变形监测中的有效性,同时也揭示了大坝在超载作用下的变形机制和破坏形态.     

混凝土结构埋入式光纤应变传感器的耐用性解决方案

埋入式光纤应变传感器在混凝土结构的健康监测中应用日益广泛,但其有效寿命远低于结构的使用寿命,不能实现对结构的全周期监测。基于可更换的思路,提出了一种新型的传感器设计方案,通过对老化的主要应变传感部件(光纤光栅、基底和传输光纤)进行更新来使应变监测得以长期连续进行,从而简便可靠地解决了埋入式光纤应变传感器的耐用性问题。     

基于光纤光栅传感技术的超高层建筑结构监测

为验证光纤光栅传感器测量的准确性和精度,将光纤光栅传感器布设于钢筋混凝土梁构件中,用于监测其受力应变值,试验所得到的应变监测结果与电阻应变片结果、理论计算值结果相吻合。然后将光纤光栅传感器成功地应用到超高层建筑的重要构件应力监测中,探索了适合土木工程现场施工特点的光纤传感器埋设工艺和传感系统保护方法,监测了构件在施工过程中的应力变化。工程应用表明:光纤布拉格光栅是实现结构长期健康监测的可靠手段。     

超深地下连续墙关键施工技术

针对超深地下连续墙施工技术难度大的问题,对地下连续墙施工中的技术难点、施工工艺和施工方法等分别进行了详细探讨,以积累超深地下连续墙的施工经验,为今后超深地下连续墙的施工提供了参考依据。     

温度自补偿光纤光栅应变传感器研制及其在索力测量中的应用

光纤光栅应变传感器在测量过程中存在温度和应变交叉影响的问题,且温度对应力测量结果影响较大。为获得精确的应力测量结果,必须大幅度减少或消除温度的影响。目前参考光栅法或温度测量系数修正法,难获得理想的结果。文中提出以截面对称的悬臂梁结构作为敏感元件,利用其上下表面拉压异号等应变和温度变化同应变的原理,通过在悬臂梁上下表面对称粘贴两根光纤光栅,利用结果差来消除温度影响,并提高测量灵敏度。文中对此种温度自补偿新型光纤光栅应变传感器的传感性能进行了研究,并将此类传感器安装在拉索的锚具上进行索力测量。研究结果表明:研制的光纤光栅应变传感器,能大幅度降低温度的影响,达到温度自补偿的目的;将此类传感器用于索力测量,具有较高的精度及灵敏度,能满足工程应用的实际需要。     

预应力碳纤维复材板加固桥梁短期预应力损失监测

在介绍内嵌光纤光栅传感器(OFBG)的碳纤维复材板(CFRP)制作工艺和基本性能指标的基础上,结合大窑湾六号桥的病害检查评估工作,给出了相应的加固方案以及OFBG-CFRP智能板布设工艺,成功监测了后张预应力CFRP板加固施工阶段智能板的实时应力状态,并预测放张后锚具变形导致的短期预应力损失值。结果表明,埋入的光纤光栅(FBG)可以连续实时地监测CFRP板的应力状态,这种新型OFBG-CFRP智能板为桥梁结构加固施工阶段的健康诊断提供有效手段,同时,光纤光栅的稳定性与耐久性满足钢筋混凝土桥梁结构长期健康监测的要求。     

光纤光栅传感器应力检测温度效应分析

目前光纤光栅传感器在土木工程安全监测中得到广泛应用,但由于应变及温变对光纤光栅的复合作用,导致应力测试精度受温度影响明显。本文在对光纤光栅传感器应变、温度传感的工作机理等进行阐述的基础上,对温变效应对应力测量的影响进行了分析,并将传统的应变片、振弦传感器进行了比较分析。     

基于分布式光纤光栅传感技术的边坡深层水平位移监测方法

光纤光栅测斜仪作为新型边坡监测技术,具有测量精度高、传输距离长、抗干扰性强等优势,能弥补目前测斜仪所存不足。基于弯曲理论及共轭梁法,并采用光纤光栅测斜仪推导理论模型,提出光纤光栅传感器测点应变与边坡深层水平位移监测的计算方法。采用上述理论算法所得数据与裴华富等提出应变位移算法所得数据及攀田高速公路路堑边坡测斜监测项目数据进行对比分析。结果表明,上述理论所提监测方法比应变位移算法精度高,为光纤光栅测斜仪新型监测技术推广奠定新的理论基础。     

基于光纤光栅传感的测斜自动化室内试验研究

介绍了将光纤光栅传感器技术用于测斜自动化监测的室内设计方法,根据光纤布拉格光栅波长变化与应变之间的线性关系求得各测点的应变,并通过多项式拟合和积分,由测点应变计算出各测点的位移,最后指出室内试验结果验证了该新型原位测斜仪和分析方法的有效性,研究结果可为深层土体侧向变形监测提出新的可靠途径。     

巨厚砂层条件下的超深T形地下连续墙施工难题及关键措施

针对地下室丰富、存在巨厚粉细砂层地质条件下的超深基坑施工，抗变形能力较强的地下连续墙是一种有效的支护与止水方案。依托北京城市副中心站综合交通枢纽工程Ⅱ标段T形地下连续墙施工案例，为解决高承压水超厚砂层的孔壁坍塌、槽壁加固侵线、T形钢筋笼加工与吊装难度大、超厚砂层泥浆沉渣处理以及混凝土灌注要求高等问题，提出并应用了旋挖钻机引孔成槽、钢筋笼加工与吊点优化设置、沉淀法结合置换法处理沉渣以及3个导管同步灌注混凝土等针对性的控制措施，最终顺利保证了超深T形地下连续墙在巨厚砂层中的施工质量。     

松散层沉降光纤光栅监测的应变传递及其工程应用

 为了研究深部厚松散层失水沉降变形特征,建立光纤光栅–胶结层–封装材料及传感器封装材料–钻孔封孔材料–松散层的应变传递计算模型。通过对光纤光栅应变与松散层应变的传递分析,指出前人应变传递理论中所推导的公式不适用于松散层监测的应变计算,由此给出钻孔植入光纤光栅传感器的松散层应变传递计算模型,并分析影响松散层应变传递的因素,指出封孔材料弹性模量在8～15 GPa范围内时可以得到较高应变传递率。针对某矿松散层12个层位安装的24个光纤光栅传感器,采用该模型得出92.40～148.69 m范围内松散层变形沉降的应变监测结果。工程实践表明,该煤矿松散层埋深97.56～104.33,141.94～144.88 m处为最易出现压应力集中的区域,这与煤矿的实际情况、采用相关方法监测的结果基本一致。光纤光栅应变传递理论研究对推动光纤传感技术发展及其工程应用具有重要实践意义。     

基于FBG的某客站轨道层混凝土施工监控

FBG(光纤光栅)传感器具有体积小、质量轻、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰等诸多其他传感器所不具备的优点,非常适合埋入混凝土结构进行温度及应变监测。采用埋入式光纤光栅应变传感器对大体积混凝土内部应变变化进行监测,可以直观、及时准确地获知结构状态,及时采取措施可以预防大体积混凝土结构的开裂。本文结合哈尔滨西客站P-Q-R轨道层大体积混凝土结构工程实例介绍了光纤光栅应变传感器在大体积混凝土施工阶段的应变监测中的应用。     

基于WinCC的桥梁长期应力监测系统的设计与实现

介绍了采用光纤光栅传感器,对武汉长江二桥实现不间断应力监测的系统。运用西门子公司的通用人机界面开发工具W inCC设计开发出桥梁长期应力监测的动态监测画面,实现对桥梁应变和温度的实时监测,历史趋势分析和数据维护等功能。     

黑龙江呼兰河大桥的光纤光栅智能监测技术

对光纤光栅波长变化与应变的关系进行了理论分析,并通过材料试验和等强度梁试验加以验证;研究了光纤光栅的布设工艺,并在黑龙江省呼兰河大桥预应力箱形梁的施工过程中成功地布设了12个光纤光栅应变传感器与3个温度传感器;布设的传感器监测了预应力箱形梁张拉过程的钢筋应变历程,以及箱形梁静载试验的钢筋应变增量与分布;大桥建成后,利用布设的光纤光栅应变和温度传感器对呼兰河大桥进行了阶段性运营监测,监测了车辆荷载下的应变历程和大桥温度变化过程。监测结果表明埋入的光纤光栅可以方便地监测汽车的流量及其可能的疲劳损伤,为桥梁结构的健康诊断提供依据。一年多的考验表明,光纤光栅的稳定性与耐久性满足钢筋混凝土桥梁结构长期健康监测的要求,性能明显优于传统的电阻应变片。