FBG腐蚀传感器在钢筋锈蚀监测领域的应用研究

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钢筋混凝土结构是土木工程中应用最普遍的结构形式之一,通常情况下具有良好的耐久性能,但当其工作于海水等侵蚀性环境中时,钢筋混凝土结构中的钢筋很容易发生锈蚀。钢筋锈蚀不仅会带来巨大的直接和间接经济损失,造成原材料、资源、能源的浪费,还会严重降低钢筋混凝土结构的耐久性,甚至造成结构遭到破坏。因此,钢筋锈蚀的监测具有重要的理论和实际意义。本文在布拉格光纤光栅(FBG)腐蚀传感器的设计及应用方面做了部分研究工作,研究内容主要包括以下几个方面:(1)总结了已有的钢筋锈蚀的检测/监测方法,并分析了目前这些方法主要存在的问题。(2)由法拉第定律推导了钢筋质量锈蚀率的理论计算式,并通过实验对比了理论和实验结果。该实验证明了推导的法拉第定律理论计算式能够用于估算钢筋的锈蚀进程。(3)基于钢筋锈蚀膨胀和FBG应变测量的原理设计了一种新型的FBG腐蚀传感器,并介绍了其结构和工作原理。(4)通过制作的混凝土试件进行加速锈蚀实验考核传感器的性能。实验结果表明,设计的FBG腐蚀传感器能够直接测量钢筋的锈蚀程度,并且具有比较大的监测范围。(5)通过实验结果分析得出了钢筋加速锈蚀实验中钢筋件并没有发生很大的温度变化的结论,证明了通过加速锈蚀实验考查FBG腐蚀传感器的可行性。(6)通过实验探讨并证明了将FBG腐蚀传感器用于混凝土水化热监测,以指导施工过程的可能性。(7)结合弹性力学分析法,ANSYS有限元数值分析法和已有的实验成果,对FBG腐蚀传感器的预警点进行了探究。
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