内压作用下PCCP变形光纤监测技术研究
[Abstract]:Prestressed steel cylinder concrete pipe (PCCP) plays an important role in regional water transfer, municipal water supply and drainage and other national infrastructure. As a kind of composite pipe, PCCP is a kind of composite pipe. The structural safety in the long-term operation process has been the focus of attention. Pipeline monitoring is the basis of PCCP structure safety state evaluation and tube explosion prevention. Traditional monitoring technology is difficult to realize distributed, long distance and real-time dynamic monitoring of multi-layer structure under the action of internal pressure of PCCP. In this paper, based on the South-to-North Water transfer Project, fiber Bragg grating (FBG) technology and pulse prepumped Brillouin optical time domain analyzer (PPP-BOTDA) are applied to PCCP structure deformation monitoring, and the key techniques of PCCP fiber monitoring are studied. The strain response law of PCCP pipeline prototype structure under internal pressure and after broken wire is monitored. On this basis, the three-dimensional nonlinear finite element model of PCCP pipeline is established by using the finite element software ABAQUS, and the structural deformation of the pipeline under different internal water pressures is simulated, and the results are compared with the results of optical fiber monitoring. The main achievements are as follows: (1) the failure mode and pipeline monitoring technology of PCCP are summarized, and the limitations of various monitoring technologies are analyzed. This paper introduces the basic principle, technical characteristics and application scope of optical fiber sensing technology based on PPP-BOTDA and FBG. The feasibility of its application in PCCP pipeline deformation monitoring is demonstrated. (2) the key techniques of PCCP optical fiber monitoring based on FBG and PPP-BOTDA are experimentally studied, including demodulation performance of the instrument, temperature compensation technology, laying process and so on. The CFRP sensing cloth suitable for distributed monitoring of concrete and mortar strain was developed, and a series of calibration tests of temperature and strain coefficient were carried out for the seepage gauge, temperature sensor and patch strain gauge based on FBG technology developed by the research group. The testing performance tests of various optical fiber strain sensors on steel structure surface were carried out by using equal strength beam. The results show that FBG strain gauge and 0.9mm polyimide fiber have better strain testing performance. The effect of spot welding and epoxy bonding on the strain transfer of FBG strain gauge is analyzed. (3) the strain monitoring scheme of each layer of PCCP pipeline under the action of internal water pressure is designed, including the type selection of optical fiber sensor. With the integration of installation technology and circuit, the PCCP structural strain fiber monitoring system was established. (4) the PCCP prototype test was carried out to monitor the structural strain of pipeline concrete, steel cylinder, steel wire and mortar layer under internal pressure and after breaking wire. The monitoring results can reflect the strain response of PCCP in the process of compression and wire breaking. Based on the analysis of monitoring data, the pipeline deformation process is divided into three stages: the coherent deformation phase (0~1.8MPa) of each layer of pipeline, the linear relationship between strain and internal water pressure, and the initial crack stage (1.9MPa) of pipeline. In steel wire and cylinder yield stage (1.9~2.25MPa), water pressure is mainly borne by prestressed steel wire. The strain response law of prestressed steel wire and its influence on the deformation of unbroken steel wire and cylinder are obtained. (5) based on ABAQUS, the three-dimensional nonlinear finite element model of PCCP is established. The structural deformation of pipeline under different internal water pressure is calculated, and the calculated results are compared with the results of optical fiber monitoring. The results show that there is good consistency between the fiber monitoring values and the PCCP finite element simulation values, and the variation trend is similar. The feasibility and effectiveness of optical fiber sensing technology in strain monitoring of PCCP pipeline structure are further verified.
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TV672.2;TV221
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,本文编号:2399611
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