应用光纤布拉格光栅监测悬臂梁的变形

提出应用光纤布拉格光栅传感器来测量悬臂梁在弯曲时的应变的新方法,将得到的实验数据和应变片检测的结果以及理论计算的结果进行比较,证明了光纤布拉格光栅传感器测量应变的精确性。     

小应变三轴试验方法及其在上海软土的初步应用

对软土小应变三轴测试方法进行了整理,对霍尔效应局部位移传感器、LVDT位移传感器、压电陶瓷弯曲元、共振柱仪等小应变刚度测试手段进行了梳理和总结。并利用安装有霍尔效应传感器的三轴仪对上海软土进行了试验,探讨霍尔效应传感器对于测试土体小应变特性的有效性,获得霍尔效应传感器能够得到土体在0.01%~0.1%小应变范围内的弹性模量的结论,并建议今后结合运用LVDT传感器和弯曲元进一步测试土体在应变0.001%~0.01%范围内的特性。     

光纤光栅传感器在结构应变检测中的应用研究

本文介绍了光纤布拉格光栅传感器的特点和工作原理,并进行了相关的试验研究。试验表明,光纤布拉格光栅传感器具有高灵敏度和长期稳定性,其作为应变测量的工具用于结构健康监测是可行的。     

光纤光栅传感器在结构应变检测中的应用研究

本文介绍了光纤布拉格光栅传感器的特点和工作原理,并进行了相关的试验研究。试验表明,光纤布拉格光栅传感器具有高灵敏度和长期稳定性,其作为应变测量的工具用于结构健康监测是可行的。     

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。     

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。     

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.     

微小应变下堆石料的变形特性

在土工三轴试验中应用一种微小应变测试装置---局部位移计 ,不仅使试验精度提高了一个量级 ,即达到 0 .0 0 1% (10 -5) ,而且能够在一次试验中的同一个试样上准确而连续地量测 10 -6～ 10 -1应变范围内的变形特性。应用这种测试新技术 ,着重研究了堆石料在微小应变下各种变形模量与应变水平或应力水平之间的相关性 ,得出了一些有益的结论     

土木结构的光纤光栅与布里渊共线测试技术

针对目前分布式应变测试技术存在精度和空间分辨率均较低、采样频率低、系统造价高等缺点,以及高精度的单点应变测试技术无法解决范围广、距离长、变形大、位置隐蔽等特征的结构损伤监测问题,考虑实际工程传感器布设占据结构健康监测系统造价的极大比例,提出将光纤布里渊全尺度传感技术和准分布式高精度光纤布拉格光栅测试技术相结合构建融合全尺度分布式和局部高精度共线的智能监测方法与集成系统,并研制开发出支持该技术方便实施的高强、高耐久性传感探头,即无焊点超长尾纤光纤光栅—纤维增强聚合物复合智能筋,通过三点弯曲钢筋混凝土梁应变分布试验和实体平行钢丝拉索索力测试试验,验证了该系统的有效性和突出优点。该技术有望为实际大规模、大跨度复杂结构提供理想的损伤监测手段。     

光纤光栅传感器在桥墩模型试验中的应用

针对光纤光栅传感器在不同受力情况下的测量效果,选取了3个分别采用Pushover和拟静力加载的钢筋混凝土桥墩模型,运用光纤光栅传感器和电阻应变片及电阻位移计,对模型的钢筋和混凝土应变及顶部水平位移进行了同步测量(共9组测量对比试验)。通过比较2类传感器在同一时刻的测量值和整个加载过程的时间-应变(位移)曲线,并结合试验结果对其中差异做了分析。结果表明,2类传感器量测结果符合较好,光纤光栅应用于应变、位移的测量是可靠的、有效的。最后对此类试验中需要注意的问题提出了建议。     

考虑应力路径的软黏土小应变特性试验研究

以苏南地区原状软黏土经K₀固结形成的试样为对象,利用配备了弯曲元系统和局部位移测量系统的GDS应力路径三轴测试系统,研究了小应变范围内应力路径转角θ对剪切模量衰减曲线以及阈值剪应变(γ_0.7)的影响。试验结果表明,土体的初始剪切模量G₀值与初始固结应力大小呈正相关关系,并可表示为与孔隙比e、平均有效应力p′相关的函数关系式。土体的剪切模量在10^-6~10^-3的应变范围内随着剪应变的增加而逐渐衰减,并表现出和试验应力路径与近期应力历史间夹角θ的相关性:应力路径对衰减曲线的影响随着应力路径转角θ的增大逐渐增大,当两者完全相反时,其影响最大。在K₀固结条件下,应力路径转角θ对γ_0.7的影响大于初始固结平均有效应力p′,同时γ_0.7值随着应力路径转角θ的增大而逐渐增大。     

利用弯曲元测量上海原状软黏土各向异性剪切模量的试验研究

在许多发达国家例如英国,土体的小应变特性已被广泛应用于预测地下建筑物施工引起的地表变形。尽管上海的城市地下基础、基坑与隧道开挖日益增多,但是关于上海原状软黏土小应变剪切模量的研究几近空白。利用装有霍尔局部应变传感器与弯曲元测试系统的三轴仪对上海软黏土剪切刚度的固有各向异性进行了研究。在等向应力状态下对方形原状上海软黏土试样进行了两组试验。试验结果表明：较之传统的初达波法和峰-峰法,互相关法一定程度上提高了弯曲元试验中确定剪切波速的客观性。由于土体水平向层理结构与颗粒间胶结作用的影响,上海软黏土呈现出明显的各向异性,实测最大剪切刚度的固有各向异性比（G_0(hh)/G_0(hv)）约为1.21。利用孔隙比函数F(e)=e^-1.3能够很好的描述不同平面内最大剪切模量与土体应力状态的相互关系。     

弯曲元试验高精度测试土样剪切波速方法

在HX-100型多功能三轴仪上开发了压电陶瓷弯曲元剪切波速测试系统,研究了高精度测试不同种类和刚度土样剪切波速的方法以及剪切波速弥散性问题,并将弯曲元测试结果与DrnevichLong-Tor型共振柱试验结果进行了对比。研究结果表明,对不同种类和刚度的土样,通过选用合适的激发波形和频率就可以消除接收波形的近场效应和过冲现象,高精度地确定土样剪切波速和极小应变剪切模量;在所使用的激发频率范围内,剪切波速不具弥散性。     

振弦式应变传感器温度修正试验

为得到合理的振弦式应变传感器温度修正公式,对自由状态下的传感器、埋置在混凝土收缩徐变试件内的传感器和埋置在钢管混凝土收缩徐变试件内的传感器进行了室外日照温度下的温度修正试验,根据试验结果拟合了不同条件下振弦式应变传感器的温度修正公式,并基于理论公式对其进行了分析。结果表明:自由状态下的传感器应变与温度增加呈正相关,斜率为2.8×10^-6℃^-1;埋入混凝土收缩和徐变试件的传感器应变与温度呈负相关,斜率分别为-2.15×10^-6℃^-1和-2.54×10^-6℃^-1;钢管混凝土表贴传感器应变与温度呈正相关;埋置在管内混凝土收缩和徐变试件的传感器应变与温度增加呈负相关,斜率分别为-2.01×10^-6℃^-1和-1.70×10^-6℃^-1;振弦热膨胀系数和外界测试材料热膨胀系数的差异是造成传感器应变与温度正负相关的主要原因。     

上海黏性土的初始剪切模量试验研究

以上海天然沉积黏性土②~⑥层土为研究对象,利用共振柱仪器实现了各土层在不同固结压力下的弯曲元和共振柱试验,得到了各层土体小应变水平下的初始剪切模量。试验结果表明,利用弯曲元试验时域初达波法和时域峰值法能得到与现场单孔波速原位测试结果相一致的剪切波速;共振柱试验得到的土体小应变初始剪切模量与弯曲元试验结果基本一致。分析表明,在所试验的各层土中,第③层淤泥质粉质黏土和第④层淤泥质黏土的剪切模量相对较小,第⑥层土的剪切模量最大;第②、⑤层土的剪切模量接近,且大于③、④层,小于第⑥层土,这与土样的实际天然状态是相吻合的。利用Rampello公式可较好地拟合上海黏性土的初始剪切模量,所得的拟合曲线可用来确定各土层在不同深度处的初始剪切模量。     

炎热多雨气候影响下残积土小应变刚度特性试验研究

根据炎热多雨地区轨道交通周边土体的实际工程状态,开展经历不同干湿循环过程的花岗岩残积土的共振柱试验,研究炎热多雨气候影响下残积土小应变下的刚度特性。结果表明,受反复干湿循环效应影响,在10~(-6)~10~(-4)小应变范围内,残积土G_(max)随干湿循环次数n的衰变规律与常应变下黏性土强度特性衰减规律有较大差异,最大衰减出现在干湿循环中期;经历多次循环后,小围压下残积土的G–γ关系曲线出现直线下降和骤降阶段;利用Martin–Davidenkov模型和经验关系能较好地反映G/G_(max)和D随γ的变化规律,发现不同干湿循环次数后,G/G_(max)–γ关系随围压增大逐渐出现"两极分化"现象。研究还从微观角度对残积土小应变刚度特性的干湿循环效应给与解释,说明炎热多雨气候下残积土刚度的力学行为是由于结构强度减损、微观结构重塑引起。研究可为轨道交通工程动力参数的选取,类似工程场地的设计、施工及抗震分析提供技术参考依据。     

Disk shaped piezo-ceramic transducer for P and S wave measurement in a laboratory soil specimen

Piezo-ceramic elements are customized as transducers for the measurement of mechanical properties of materials in the engineering field. This was made possible with the industrial production of piezo-ceramic elements in various shapes and sizes. This paper describes the development of a single flat disk shaped piezo-ceramic transducer for measuring both compression and shear wave on an identical soil specimen. Procedures for interpreting results, initial verifications of its performance and applications are also presented. Two types of piezo-ceramic elements, one for measuring P waves and the other for S waves, were placed together in a metal housing, which worked as a wave measuring transducer installed in a triaxial apparatus. Three kinds of granular geo-materials, fine, medium-coarse and coarse sands, were tested. Small strain shear stiffness, G_max, of the tested sands was evaluated by various techniques, including proposed disk transducer method, trigger and accelerometer method and traxial small strain cyclic loading. Shear moduli obtained from all the techniques fell in a similar range within allowable scatters and it was confirmed that the disk transducer was one of applicable wave measurement technique for laboratory soil specimens.     

饱水灰岩巴西试验准静态加载应变率效应研究

通过对饱水灰岩进行不同加载应变率巴西试验、实时声发射监测以及破裂面扫描电镜观察,试验研究了应变率对饱水灰岩强度及破裂机制的影响。结果表明:1饱水对灰岩强度有明显的弱化作用,其拉伸强度值与干燥时相比降低了约15.99%;2声发射特征会受到加载速率的影响,试样中出现最大声发射事件数会随着应变率的增大而增大;3较低应变率(3.0×10-4s-1和9.0×10-4s-1)时灰岩破裂细观机制为沿晶破裂模式,宏观上拉伸强度较低;当应变率增大至1.5×10-3s-1时细观上为沿晶与穿晶耦合断裂模式,宏观上拉伸强度较高,而应变率为1.0×10-2s-1时细观上为穿晶断裂模式,宏观上拉伸强度最高。基于试验结果,采用三维颗粒流(PFC3D)分析了饱水灰岩加速速率效应细观机理。模拟显示,较低应变率下荷载–位移曲线表现为脆性,而随着应变率的提高曲线延性增大。灰岩拉伸强度随着应变率的提高近似线性增大。边界能与拉伸强度呈现为正比关系,灰岩破坏所消耗的能量与微裂纹数均随着应变率增大而增加。     

剪切应变速率对淤泥土力学性状影响试验研究

为研究剪切应变速率对高含水量淤泥土力学性状的影响,运用SPAX-2000真三轴测试系统进行了不同周围压力和不同应变速率的固结不排水剪切试验,分析了淤泥土不排水抗剪强度和孔隙水压力随应变速率的变化规律。试验结果表明,高含水量淤泥具有“应变速率软化”现象。在剪切过程中(应变速率为10^-6/s～10^-2/s),淤泥土不排水抗剪强度随剪切应变速率增长而增长,符合指数变化规律;根据试验数据,建立了经验方程式,并求得其应变速率参数η_e1为0.130 5,η_e2为0.131 9;当变率增长10倍时,淤泥土的不排水抗剪强度增长率为13.12%。不同于强结构性黏土,淤泥土的强度随剪切应变速率呈渐进性变化,未出现明显临界速率转折点。在加载初期,孔隙水压力增长和最大孔隙水压力受应变速率影响较明显;在试验过程中,孔隙水压力变化具有一定波动性和滞后性。