基于光纤光栅传感器的桥梁挠度检测与监测

发布时间：2016-09-27 09:07

  本文关键词：基于光纤光栅传感器的桥梁挠度检测与监测，，由笔耕文化传播整理发布。

《中南大学》 2007年

基于光纤光栅传感器的桥梁挠度检测与监测

徐辉  

【摘要】： 由于桥梁在外荷载作用下的变形是结构刚度的反映,荷载与环境的作用、结构材料的变异都可以通过挠度的变化表现出来,是桥梁健康状态最直观、有效的表现形式之一,所以对桥梁的挠度测试具有重要意义。 鉴于运营桥梁对交通的要求和所处的恶劣环境,本文采用光纤光栅(FBG)传感器对桥梁的应变、温度进行测试和在线监测。通过测试截面的应变,提出了基于平均曲率分段拟合桥梁挠曲线和分跨最小二乘拟合桥梁挠曲线两种测试方法,并通过数值模拟和实验梁进行了验证,具有较高的精度。本文的主要工作和结论包括: 1.详细阐述FBG传感器的基本原理和应变、温度传感特性。温度补偿是FBG传感器应用中的关键问题,并提出了一种温度自补偿传感器装置。 2.提出了基于平均曲率分段拟合桥梁挠曲线测试方法的原理、算法,推导了相应的公式,以及软件的编写,并通过实验梁进行了实验验证。 3.提出了采用分跨最小二乘法拟合桥梁挠曲线测试方法的原理、算法,推导了相应的公式,同样利用LabVIEW编写了相应软件,并通过数值模拟和实验梁进行了验证,表明其具有很高的精度。 4.运营中混凝土桥梁挠度的影响因素很多,挠度的长期监测结果包括荷载引起的弹性变形、混凝土收缩徐变变形、温度变形及自身体积变形。论文最后就运营中的混凝土桥梁如何考虑这些因素对挠度测试的影响作了初步探讨,为桥梁挠度的长期监测奠定了基础,并且建议了一种监测徐变变形的方法。

【关键词】：
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U446
【目录】：

摘要3-4

ABSTRACT4-8

第一章 绪论8-14

1.1 研究背景及意义8-11

1.2 挠度测试国内外研究现状11-13

1.3 论文的主要工作13-14

第二章 光纤光栅传感基本原理14-27

2.1 引言14-16

2.2 光纤光栅传感器在土木工程健康监测的应用16-17

2.3 光纤布拉格光栅传感器原理17-25

2.3.1 均匀轴向应力下的光纤光栅传感特性分析18-19

2.3.2 均匀横向应力下的光纤光栅传感特性分析19-20

2.3.3 光纤Bragg光栅温度传感特性20-21

2.3.4 光纤Bragg光栅应变、温度测量的交叉敏感21-25

2.4 光纤光栅传感网络25-26

2.5 本章小结26-27

第三章 基于平均曲率分段拟合挠曲线27-36

3.1 引言27

3.2 梁挠曲线、挠度和曲率的关系27-28

3.3 基于平均曲率挠曲线测试原理28-31

3.3.1 单元分析29-30

3.3.2 区段分析30-31

3.3.3 结构分析31

3.4 采用LABVIEW编写测试软件31-33

3.5 简支梁四点弯曲实验验证33-34

3.6 结论34-36

第四章 采用最小二乘分跨拟合挠曲线36-58

4.1 引言36

4.2 最小二乘曲线拟合原理36-37

4.2 最小二乘和奇异值分解37-38

4.3 分跨挠曲线拟合方法原理38-39

4.4 数值模拟验证39-49

4.4.1 简支梁受跨中集中荷载40-41

4.4.2 简支梁受3/4跨集中荷载41-42

4.4.3 简支梁受均布荷载42-43

4.4.4 简支梁受车道荷载43-45

4.4.5 连续梁受集中荷载45-46

4.4.6 连续梁受均布荷载46-47

4.4.7 连续梁受车道荷载(考虑支座沉降)47-49

4.5 实验验证49-56

4.5.1 简支梁跨中加载50-54

4.5.2 简支梁1/4跨加载54-56

4.6 结论56-58

第五章 混凝土桥梁挠度长期监测影响因素初步探讨58-66

5.1 引言58-59

5.2 混凝土的收缩徐变59-61

5.2.1 混凝土收缩的原因及机理60

5.2.2 混凝土徐变的原因和机理60

5.2.3 影响混凝土收缩与徐变的因素60-61

5.3 收缩徐变对桥梁挠度的影响61-63

5.4 无应力应变与徐变应变分离63-65

5.5 结论65-66

第六章 结论与展望66-68

6.1 主要工作和结论66-67

6.2 展望67-68

参考文献68-72

致谢72-73

学习期间发表的论文及参加的科研项目73

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  本文关键词：基于光纤光栅传感器的桥梁挠度检测与监测，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：124293