光纤光栅基座夹具测量法在索力监测中的应用研究

发布时间：2020-04-07 02:17

【摘要】：索作为建筑索结构的主要组成部分,索内力大小能有效地反映结构内力分布与传递及结构整体的安全与稳定。能否有效地对索力进行测量与监测,是索结构安全施工和正常运行的关键。鉴于光纤光栅具有质量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀以及监测范围广等优势,考虑将其应用于索结构索力监测中。根据索结构构造形式的不同,针对裸索与带护套拉索分别提出光纤光栅基座夹具体外布置法、光纤光栅基座夹具体内布置法。本文首先简介了光纤光栅传感器的工作原理,其次介绍了光纤光栅基座夹具体外布置法与光纤光栅基座夹具体内布置法的装置构造形式及索力测量原理。接着利用光纤光栅基座体外布置法对全局布索预应力钢框架缩尺模型进行索力监测试验,将该方法测量结果与电阻应变法及压力传感器法进行对比,检验光纤光栅基座夹具体外布置法用于索结构索力监测的可靠性;通过使用光纤光栅基座夹具体内布置法对钢丝束进行拉伸、疲劳试验的索力监测,测试了光纤光栅基座夹具体内布置法的在各级荷载下的适用性,验证了在长期反复荷载作用下索力监测的可靠性。最后将光纤光栅基座夹具体外布置法用于昆山市西部服务中心拉索式幕墙工程,对拉索张拉施工中索力进行监测,验证了光纤光栅基座夹具体外布置法在实际工程监测中的可靠性,在此基础上进一步研究张拉施工阶段温度变化及拉索预应力损失对结构索力的影响;将光纤光栅基座夹具体内布置法用到连云港市龙苴大桥吊索工程张拉施工阶段的索力监测中,分析了光纤光栅基座夹具体内布置法在实际工程各级荷载作用下的可靠性,预应力损失对索力的影响。最终得到的主要结论如下:(1)光纤光栅基座夹具测量法根据索结构构造形式的不同分为光纤光栅基座夹具体外布置法与光纤光栅基座夹具体内布置法,此方法操作便捷实用,测量精度高,且不会破坏拉索表面的抗腐保护。(2)以光纤光栅基座夹具体内布置法为例,在光纤光栅传感器工作原理的基础上,结合拉索的有效金属截面积与弹性模量两个物理参数,依据胡克定律推导出光纤光栅基座测量法用于索结构索力监测的相关理论公式。(3)用索结构缩尺模型模拟新建工程和既有工程并对其进行索力监测试验,验证了光纤光栅基座夹具体外布置法用于复杂多变索结构索力测量的可靠性,同时对光纤光栅进行预张拉处理,在保证光纤光栅不出现松弛的前提下既可测量索力的增大,也能测量索力的减少。(4)通过使用光纤光栅基座夹具体内布置法对钢丝束进行拉伸、疲劳试验的索力监测,验证了该方法能够准确、高效的对钢丝束进行索力变化监测。且针对光纤光栅基座夹具体内布置法重新设计了便捷式光纤光栅传感器,测量结果表明该传感器表现出良好的线性度、重复性。(5)通过将光纤光栅基座夹具体外布置法用于拉索式幕墙工程拉索分阶段张拉施工索力监测中,验证了对预应力拉索张拉阶段索力监测的可行性。监测结果表明,光纤光栅基座夹具体外布置法可以将索力变化量中由温度变化引起的量及由预应力损失引起的量分离开来,根据实测的预应力损失量确定最后一阶段的超张拉量,确保索力最终达到预定目标值,满足对新建裸索工程索力监测的要求。(6)通过利用光纤光栅基座夹具体内布置法用于系杆拱桥吊杆分阶段张拉施工索力监测中,验证了对预应力桥梁吊杆张拉施工过程索力监测的可行性。监测结果表明,光纤光栅基座夹具体内布置法可以将吊杆张拉过程中由预应力损失引起的索力变化量监测出来,为之后的超张拉提供可靠依据,确保索力值最终达到预定目标值,满足对新建带护套拉索工程索力监测的要求。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU317

【参考文献】