北京故宫东华门城台分布式光纤监测研究

发布时间：2017-09-28 13:30

  本文关键词：北京故宫东华门城台分布式光纤监测研究

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【摘要】：古建筑作为世界文化遗产的重要组成部分,是人类文明的重要载体,是不可再生资源。但是,随着社会的快速发展,尤其是近代城市建设、环境污染和旅游业的发展,古建筑的健康状况不容乐观,因此必须对古建筑的健康状况进行监测和评估。传统监测技术无法对古建筑尤其是对大型古城墙体进行全方位、分布式的监测和评估。本文从古建筑监测特殊要求入手,采用分布式光纤监测手段(DFOS),对北京故宫东华门古城墙墙体变形和温度等信息进行了监测,研发了相应的传感器；在此基础上,重点对北京故宫东华门城台的变形和渗漏、门洞的变形进行了监测,并取得了如下成果：(1)总结了古建筑监测的研究现状与不足,介绍了几种光纤传感技术的基本原理、技术指标以及适用范围,分析了传统监测手段的优缺点,论述了分布式光纤感测技术应用于古建筑监测的优越性。(2)对光纤感测技术应用过程中的一些关键技术进行了研究,包括三类分布式光纤解调仪的性能、光纤变形耦合性等；开展了表面粘贴光纤应变感测性能的试验研究和定点光缆感测性能试验研究；研发了适用于古建筑墙体变形和渗漏监测的新型传感器和感测光缆。(3)针对古建筑监测的特殊性,研发了感测光缆的安装工艺：墙体传感器的安装采用定点安装技术,门洞传感器的安装采用了表面粘贴式安装方式,保证了应力应变的有效传递。(4)建立了北京故宫东华门城台分布式光纤监测系统,成功获得了城台两年的监测数据信息,系统的分析了城台墙体的变形和渗漏情况,并定位了城台潜在的两个渗漏区域。(5)城台分布式光纤监测结果表明：在两年的监测时间段内,东华门城台北侧墙体保持稳定；但在墙体修缮完成之后的2-3个月时间段内,墙体表面包层局部出现轻微压应变区域,但并没有持续发展,至后期应变稳定。西侧墙体应变监测结果显示,墙体应变变化较小,墙体稳定；但是在中门洞左肩部位出现轻微拉张应变,并在后期监测中呈增大趋势。中门门洞拱形变形微小,整体结构稳定。分布式测温结果表明,墙体表层测线8m,35m,48m附近出现了墙体渗漏。(6)基于ANSYS模拟软件对城台墙体进行了热.应力耦合分析,获得了7月和1月高温和低温下墙体的温度云图和应变云图,得到了温度转换带关键路径上的应变值。据此推断墙体可能会发生裂隙和风化严重的潜在区域,为文物保护部门对墙体的修缮提供了依据。论文研究成果表明：分布式光纤感测技术应用于古建筑监测显示出强大的优势,可作为一种全方位的精细化测量手段加以推广。
【关键词】：古建筑 故宫东华门 分布式监测 变形 渗漏 热-应力耦合分析
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU-87
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景11
• 1.2 古建筑监测技术的现状与不足11-13
• 1.3 古建筑监测的特点与要求13-14
• 1.4 分布式光纤监测技术的特点与优势14-15
• 1.5 论文的研究内容与结构15-17
• 1.5.1 研究内容16
• 1.5.2 论文结构16-17
• 第二章 三种光纤感测技术17-24
• 2.1 BOTDR光纤感测技术18-19
• 2.1.1 感测原理18
• 2.1.2 ADVANTEST N8511主要技术指标18-19
• 2.1.3 技术特点与适用范围19
• 2.2 ROTDR光纤感测技术19-21
• 2.2.1 感测原理20
• 2.2.2 DTS-Sensornet主要技术性能指标20-21
• 2.2.3 技术特点与适用范围21
• 2.3 FBG光纤光栅感测技术21-23
• 2.3.1 FBG感测原理21-23
• 2.3.2 技术特点与适用范围23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 古建筑光纤监测关键技术研究24-39
• 3.1 概述24
• 3.2 光纤解调仪性能试验研究24-27
• 3.2.1 解调仪空间分辨率试验研究24-26
• 3.2.2 解调仪重复性试验研究26-27
• 3.3 应变光纤监测试验研究27-35
• 3.3.1 表面粘贴式光纤应变传递性能试验研究27-31
• 3.3.2 金属基索状应变感测光缆研制31-35
• 3.4 温度光纤监测技术试验研究35-38
• 3.4.1 基于FBG的温度传感器研发35-36
• 3.4.2 基于ROTDR的温度传感器研发36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 东华门城台分布式光纤监测39-56
• 4.1 东华门概况39-40
• 4.2 监测方案设计40-45
• 4.2.1 总体方案设计40-41
• 4.2.2 传感器选择41-43
• 4.2.3 现场传感器的安装43-44
• 4.2.4 光纤监测系统的建立44-45
• 4.3 东华门城台光纤监测成果45-54
• 4.3.1 墙体变形监测成果46-49
• 4.3.2 门洞变形监测成果49-50
• 4.3.3 墙体渗漏监测成果50-53
• 4.3.4 东华门城台墙体温度应变白昼变化分析53-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 东华门城台墙体热-应力耦合分析56-69
• 5.1 概述56
• 5.2 ANSYS热分析简介56-58
• 5.3 城台模型的技术参数58-59
• 5.4 基于ANSYS的热-应力耦合模型59-62
• 5.4.1 模型单元选择与网格划分59-61
• 5.4.2 模型热分析条件61-62
• 5.5 模拟结果分析62-68
• 5.5.1 热分析有限元结果62-64
• 5.5.2 结构应变结果分析64-68
• 5.6 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 全文总结与创新点69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-77
• 攻读硕士学位期间的主要科研成果77-78
• 致谢78-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：936115