基于分布式光纤传感的水闸结构健康监测研究

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水工结构物具有造价高、建设周期长、使用寿命长、所处环境恶劣等特点。水闸作为水工建筑物中较为常见的结构物,是除害兴利的水利基础设施的重要组成部分。据统计,目前我国服役中的水闸有将近半数存在着不同程度的病险问题,而水闸的服役状态直接关系到人民群众的生命财产安全。所以,建立水闸的健康监测系统对水闸的服役状态进行实时、全面的监测显得尤为必要。本文设计并制作了2根钢筋混凝土梁试件,并在梁底受拉钢筋表面、混凝土内部及混凝土表面分别布置了电阻应变片与分布式光纤传感器。根据试验结果对分布式光纤传感器布里渊温度、应变系数进行了标定。利用分布式光纤传感器进行了梁内温度测量,并对钢筋和混凝土应变进行了分析。此外,还进行了混凝土开裂荷载的分析,研究了分布式光纤传感器的不同黏贴材料对混凝土应变测试的影响。利用ABAQUS有限元分析软件对试验梁进行模拟,并与试验结果进行对比,验证有限元分析方式的可行性。结合泰州市花园桥节制闸工程进行了有限元模拟,并参照有限元模拟结果提出花园桥节制闸健康监测系统中的光纤传感器布设方案。本文得出的主要结论如下:1、在钢筋应变方面,弹性阶段应变片和光纤所测得的应变基本一致且线性度高;塑性阶段应变片所测应变值略大于光纤所测应变值;在混凝土应变方面,光纤传感器与电阻应变片所测得的数据整体趋势大致相同。2、通过荷载—挠度曲线获得的混凝土梁的开裂荷载与分布式光纤所测得的开裂荷载基本一致,说明了光纤传感器在判断混凝土开裂荷载方面的可行性。3、利用分布式光纤传感器可测得混凝土梁浇筑阶段内部水化热温度的变化趋势。4、对比试验梁上光纤传感器不同黏贴材料的应变测量结果,发现采用所选不同材料黏贴光纤传感器对混凝土的应变测量影响不大。5、试验梁有限元分析结果表明,试验梁变形和钢筋应变的模拟结果与试验结果基本一致,表明利用有限元软件模拟混凝土梁的力学性能是可靠的。水闸的有限元分析结果表明,水闸应变分布基本均匀,根据模拟结果进行光纤传感器的布置是可行的。
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