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预应力钢筒混凝土管(PCCP)在区域性调水、市政给排水等国家基础建设中发挥着重要的作用。PCCP作为一种复合管材,由于铺设距离长,穿越区域工程地质条件复杂,其在长期运营过程中的结构安全性一直是重点关注的课题。管道监测是PCCP结构安全状态评估及预防爆管等的基础,传统的监测技术难以实现PCCP在内压作用下的多层结构分布式、长距离、实时动态监测。本文以南水北调工程为背景,探索性地将光纤光栅技术(FBG)和脉冲预泵浦布里渊光时域分析仪技术(PPP-BOTDA)应用于PCCP结构变形监测,开展了 PCCP光纤监测关键技术研究,对PCCP管道原型5层结构在内压作用下和断丝后的结构应变响应规律进行了监测;在此基础上,利用有限元软件ABAQUS建立了 PCCP管道三维非线性有限元模型,模拟了管道在不同内水压下的结构变形,并与光纤监测结果进行了对比分析。论文取得如下成果:(1)总结了 PCCP失效模式及管道监测技术,分析了各种监测技术存在的局限性;介绍了基于PPP-BOTDA和FBG光纤感测技术的基本原理、技术特点及适用范围,论证了其应用于PCCP管道变形监测的可行性。(2)对基于FBG和PPP-BOTDA的PCCP光纤监测关键技术进行了试验研究,包括仪器的解调性能、温度补偿技术、布设工艺等;研发了适合混凝土和砂浆应变分布式监测的CFRP传感布;对课题组研发的基于FBG技术的渗压计、温度传感器、贴片式应变计开展了一系列的温度和应变系数标定试验;采用等强度梁,开展了钢结构表面多种光纤应变传感器测试性能试验,结果表明FBG贴片式应变计和0.9mm聚酰亚胺光纤具有更好的应变测试性能,并分析了点焊和环氧粘贴两种安装工艺对FBG贴片式应变计应变传递的影响。(3)设计了内水压作用下PCCP管道各层结构应变监测方案,包括光纤传感器的选型、安装工艺及线路的集成,建立了 PCCP结构应变光纤监测系统。(4)开展了 PCCP现场原型试验,对管道混凝土、钢筒、钢丝及砂浆层在内压作用下和断丝后的结构应变进行了监测。监测结果能全面、形象直观地反映PCCP在加压和断丝过程中的应变响应规律。基于监测数据的分析,把管道变形过程分为三个阶段:管道各层结构变形协调一致阶段(0～1.8MPa),应变与内水压呈良好的线性关系;管道初裂阶段(1.9MPa)。钢丝和钢筒屈服阶段(1.9～2.25MPa),此阶段内水压力主要由预应力钢丝承担。并且获得了预应力钢丝断裂后,自身应变响应规律以及对旁侧未断钢丝和钢筒变形的影响。(5)基于ABAQUS建立了 PCCP三维非线性有限元计算模型,计算了管道在不同内水压下的结构变形,并将计算结果与光纤监测结果进行了对比分析,结果表明光纤监测值和PCCP有限元模拟值有的一致性较好,变化趋势相似。进一步验证了光纤感测技术在PCCP管道结构应变监测上的可行性和有效性。