基于光纤光栅测力环的桥梁拉索索力监测及温度补偿研究

索力的智能化监测对缆索承重体系桥梁的安全运营有重要意义。基于索力长期监测的要求,提出一种新型光纤光栅(FBG)测力环,采用螺栓固定光纤光栅应变传感器的方式达到其可更换的目的,设计测力环上下表面凸台结构,在减少传感器数量的同时提高了测试精度。通过理论和试验两方面对光纤光栅测力索力智能监测及其温度补偿进行深入研究,根据测力环放置于锚垫板与螺母之间受拉索作用时和在处于自由状态下其自身的温度效应一致的研究结论,推导计算公式实现拉索索力温度补偿。工程应用结果表明:新型的光纤光栅测力环具有较高的测试精度,并有效地实现了温度补偿,适用于桥梁拉索索力的长期监测。     

光纤光栅技术在桥梁测试中的应用研究

光纤光栅技术是一种新型的桥梁测试技术.概述光纤光栅传感器的基本原理、特点以及国内外研究应用情况;研究光纤光栅技术在拉索索力长期监测中的应用,开发了长期稳定性好、不受电磁场干扰、可实现分布式测量以及适宜远距离传输的光纤光栅测力环,并将成果应用于郑西客运专线提篮拱桥拉索索力长期监测;研究光纤光栅技术在大跨度桥梁动应力测试中的应用,选用灵敏度高、动态性能好的夹持式光纤光栅应变传感器,用于武汉天兴洲长江大桥通车鉴定试验动应力测试中.工程实例显示测试效果较好.同时,探讨光纤光栅传感器在桥梁应用过程中存在的问题并展望其应用前景.     

FBG应变传感器在隧道长期健康监测中的应用

隧道结构长期运营安全监测需要采用长效性好的传感测试技术,近年发展起来的光纤光栅传感器是一种数字式的光纤传感技术,具有长期稳定性好、测量精度高和适宜远程监测等优点.将光纤光栅传感器应用于厦门翔安隧道结构健康监测系统,实现了对二次衬砌混凝土应变的长期监测.结果表明光纤光栅传感器测量数据稳定可靠,监测效果良好.     

光纤光栅应力监测技术在船上的应用

介绍了采用光纤光栅传感技术进行应力测量的基本原理及其在船舶领域的国内外应用情况,并针对一艘新开发的三体船开发了FGB测量系统,可对15个测点的结构应力(含温度补偿)进行长期监测、分析与记录.     

光纤传感技术用于桥梁监测

为保证大跨桥梁结构的安全性与耐久性，需要在施工及运营阶段对桥梁进行监测。桥梁在运营阶段的实时监测对传感技术提出了更高的要求，而传统的电子传感技术往往难以满足。光纤传感器用光作为信息的载体，用光纤作为传递信息的介质，具有灵活轻巧、抗电磁干扰、耐久性好、传输带宽大等优点，并可沿同一根光纤复用多个传感器，实现对结构的准分布式测量，是实现桥梁健康监测的理想传感装置。本文介绍了光纤传感技术的基本原理，并详细地介绍了其中最具优势的光纤布喇格光栅传感技术。最后对国外近10年来采用光纤传感技术，进行桥梁监测的典型工程实例作了归纳。     

光纤布喇格光栅传感器用于桥梁监测

光纤布喇格光栅（Fiber-optic Bragg Grating，以下简称FBG）应变传感器具有极其优良的稳定性，已被证实适用于长期监测，在结构监测领域具有非常广泛的应用前景。对许多其它光纤传感技术和电子传感技术而言，信号强度的波动一直是困扰人们的难题，而FBG传感器所运用的光谱调制技术，具有内在的、抗信号强度波动的能力，这保证了测试的稳定性以及导线与接头的非敏感性，这些都是在确保高分辨率与高精度的前提下，进行长期和间歇监测的必要条件。介绍光纤光栅传感技术及其在桥梁监测中的应用情况。     

智能缆索在京杭运河泗阳大桥中的应用

将特制的光纤光栅传感器布置到缆索内部,制成可对自身索力进行实时监测的智能缆索.智能缆索索力测试精度达到1％.将研发的智能斜拉索应用于江苏省京杭运河泗阳大桥上,通过可靠的工艺制作流程,在运输和安装过程中有效地引出光缆保护措施,成功实现智能缆索在实际工程中的应用.智能缆索在制作及上桥施工过程中索力测量值与千斤顶油压表读数误差不超过土50 kN.缆索制作、施工及运营阶段的数据监测表明:智能缆索自身能够可靠感测缆索索力的变化值,索力监测技术成功地由索体外部移植至索内.     

内置光纤光栅传感器的智能缆索

采用特制光纤光栅应变传感器,将其埋植于缆索的连接筒部位的外层钢丝上、以实现对缆索整体索力的测量。通过独特的传感器封装结构设计、特制的机械连接固定方式、埋植过程中的可靠操作工艺,有效地保证了光纤光栅的存活率;有效地保证了传感器在大应力状态下测试的长期可靠性、稳定性。内置光纤光栅传感器的智能缆索工艺在长约400 m的253丝实索上进行了验证。经过有效的工艺验证及试验结果,智能索制作工艺方案可靠,传感器成活率高。研发的智能缆索可实现对整索索力进行在线监测,满足大型桥梁健康监测要求。     

智能型缆索光纤光栅应变传感器

将传感器集成于缆索内部,研发具有自感知能力的智能缆索是桥梁结构健康监测领域研究的前沿。特制光纤光栅应变传感器,将传感器局部布置于缆索内钢丝上,通过光纤光栅中心波长的变化测量钢丝的局部应变、进而获得缆索整体索力是实现智能缆索的有效方法。对特制的光纤光栅应变传感器与索内钢丝的连接固定方式进行了研究,在不破坏钢丝的前提下,研究了传统的胶粘结和特制的抱箍连接两种固定方式,通过张拉性能测试,两种连接结构均有效;通过疲劳性能测试,采用特制的抱箍结构连接是解决缆索内置应变传感器长期可靠性、稳定性测试的有效途径。     

基于光纤光栅传感技术的CFRP板加固桥梁预应力损失监测研究

针对碳纤维CFRP板张拉过程以及预应力损伤长期监测的技术难点,依托预应力CFRP板对现存旧桥加固工程,运用光纤光栅传感器(FBG)监测CFRP板张拉过程、张拉完成后瞬时以及长期预应力损失,并进行精度分析。研究表明:光纤光栅传感器可以精准地测量CFRP板的应变,最大误差为1.15%,明显优于传统钢筋应变片监测方法。工程实践表明,加固完成后CFRP板的长期最大预应力损失值约占张拉设计值的4%并趋于稳定,说明基于FBG的监测手段不仅能满足桥梁加固过程中短期监测需求,而且可以长期监控桥梁后续运营期的预应力损失,具有明显的技术优势。     

基于光纤光栅技术的沥青路面结构应变场分析

在北京某高速公路埋设了光纤光栅传感器以开展应变研究,两组三维传感器组分别被布设于沥青路面的中、下面层以获取各层位内的三维应变信息。通过改变车辆的加载重量和运行速度,分别监测应变响应的变化趋势和规律。试验选用的接地压力范围由0.49~0.97 MPa,而车辆的运行速度包括17、30、44、56、69 km/h等。基于采集数据的计算和分析表明,不同层位的各传感器应变值均随车速降低和轴载增加而显著增加,该规律与力学分析及经验预测的结果一致,这不但验证了将光纤光栅传感器进行路用的可行性,并且提升了传感器现场埋设的流程和工艺。试验结果说明了光纤光栅传感器具有良好的路用性质,将其应用于沥青路面结构的应变场测试是可行的。     

基于光纤光栅传感技术的周界入侵报警系统

介绍了一种基于光纤光栅传感技术的周界入侵报警系统,利用不同入侵模式信号时域及频域特征信号的差异性,采用时域与频域与信号结合的分析方法,实现对各种入侵信号的模式识别及报警判断,并通过模拟实验加以验证。实验结果表明,该系统能够实现对入侵行为的模式识别及对有害入侵模式实施报警的功能。     

基于光纤光栅传感的盾尾密封泄漏监测试验研究及分析

针对盾构盾尾密封系统容易发生漏水、漏浆等危险的问题,将光纤光栅压力监测系统布设于盾尾尾刷密封性能试验台,对油 脂腔进行多点连续压力测量,并在油脂腔不同压力等级条件下采用人为打开球阀泄放的方式模拟实际工况产生的泄漏。试验表 明: 1)当油脂腔某点发生泄漏时,整个油脂腔圆周方向上同时产生缓慢压降,缓慢压降时间最长可达6 min,最大压降可达0. 075 MPa; 2)基于光纤光栅传感的盾尾油脂腔多点连续压力监测能够较为准确地监测油脂腔在泄漏试验过程中所发生的压力变化。该 监测方法为盾尾密封系统泄漏预警提供可行的解决方案。     

钢-混凝土组合桥面板模型混凝土顶裂缝损伤全过程检测

利用光纤Bragg光栅(FBG)传感器与电阻应变片同时监测,完成了钢-混凝土组合桥面板模型混凝土顶裂缝损伤检测。模型试验经历了静载、疲劳(300万次)和破坏3个阶段。测试结果表明无纵向承载裂缝出现时,FBG传感器测得相应位置的应变值。在破坏阶段,传感器布控区域相继出现裂缝损伤。利用FBG传感器测得了经历300万次疲劳循环后钢-混凝土组合桥面板模型混凝土顶发生裂缝损伤的临界应变值并追踪裂缝损伤的发展。与传统电测方式相比,FBG传感器显示了灵敏度高、精度高、测试范围大等优点。     

钢筋应力计与光纤光栅传感器在桩基试验中的应用分析

随着桩基技术的发展和监测要求的提高，钢筋应力计的测量存在着一些固有的不足，而光纤光栅传感器具有体积小、质量轻、灵敏度高、分布式或准分布式测量等优点。为此，对比分析了两者工作原理，并将两者同时应用在钻孔灌注桩现场荷载试验。结果表明:光纤光栅应变计监测方法对桩身轴力的变化极为敏感，且在整个桩基加载的历程中都可以实时连续地采集到桩身轴力的数据；此外，钢筋应力计的准确性相比于光纤光栅应变计会有明显的降低。     

基于分布式光纤感测技术的路基边坡失稳过程试验研究

为了探究路基边坡在附加荷载作用下的变形失稳模式，开发了一套边坡模型试验装置和包含分布式光纤传感技术的测试系统。在边坡内部不同高度植入了应变感测光纤、FBG应变和温度传感器以实时获取边坡模型内部应变分布和发展信息。试验结果表明:基于FBG应变传感器和OBR技术的应变监测数据反映了边坡失稳的过程，与边坡表面位移的观测结果十分一致，根据应变发展信息将路基边坡失稳破坏的过程划分为三个阶段。此外，根据每条监测线路的最大应变位置，定出边坡潜在滑动面的准确位置。     

杭州市桥梁在线安全监测管理信息系统的开发

杭州市桥梁在线安全监测管理信息系统可对交通干道的大型桥梁、高架道路和大型立交的结构安全进行长期远程在线监测、实时安全评估、维护管理和突发事故处理。该系统由信号采集、网络传输、安全评估与决策支持等系统组成。该系统的设计方法和关键技术可为针对监测内容多、测点分布广、传感器类型多的大型复杂在线监测系统的设计提供借鉴和参考。     

基于蓝牙的道路行程时间检测设备设计及测试

以嵌入式技术为基础,采用单片机及串口通信技术,开发基于蓝牙的路网平均行程时间检测器,实现自动采集车载蓝牙M AC地址并配时和数据存储的功能。通过场地测试确定了设备漏检率的平均大小、与速度的关系及初次检测点位置的分布规律。测定了设备的检测精度,并对平均速度、检测数、配对数等因素进行了分析;通过 t检验、曼惠特尼U检验及沃尔德沃尔福威茨(W-W )检验验证了设备数据的可靠性;通过实地测试验证了设备的可用性和实用性,并根据测试结果,提出了设备存在的一些不足以及后期改进的建议,为蓝牙检测器的后续研发奠定了基础。      

公路隧道施工变形监测精度要求探讨

隧道周边收敛和拱顶下沉监测是判断围岩支护效果、二次衬砌施作时间、隧道动态信息化设计与施工以及保证隧道施工安全的重要措施。现有JTG F60-2009《公路隧道施工技术规范》对隧道周边收敛和拱顶下沉监测的精度要求为0.1 mm,明显高于铁路隧道施工和基坑工程变形监测0.5~1.0 mm的精度要求,且公路隧道的实际监测精度很难达到规范规定的精度要求。总结现有公路隧道、铁路隧道和其他规范的具体监测内容和要求,结合现有隧道施工监测仪器的精度技术指标,参照隧道设计规范规定的预留变形量、隧道施工阶段变形监测统计结果和基坑工程监测规范的精度要求等,建议将公路隧道周边收敛和拱顶下沉监测的精度要求修改为0.5~1.0 mm。0.5~1.0 mm的监测精度要求可以保证公路隧道的施工安全,促进高精度全站仪等非接触量测方法和仪器在公路隧道施工变形监测中的应用和推广,提高公路隧道施工变形的监测效率,避免因达不到JTG F60-2009《公路隧道施工技术规范》规定的监测精度要求而引发的监测数据造假现象。     

基于物联网的瓦斯隧道安全监控系统

为解决当前隧道瓦斯监控系统存在的不足和实现监控系统“多网合一”、信息化和智能化的迫切需求,建立基于物联网的瓦斯隧道安全监控系统架构,从功能上分为感知层、传输层和应用层3层结构,并就其中涉及到的无线传感器网络、人员定位、无线甲烷监测系统、MIMO无线传输技术、智能视频系统、手机短信报警系统、爆破监控系统等实现瓦斯隧道内环境、人员、设备状态等全面监控所用到的关键技术进行研究,对便携式甲烷检测报警仪和智能瓦斯报警矿灯等新设备在瓦斯隧道中的运用情况进行分析与总结。实现了瓦斯隧道全面感知,传感数据无线传输,瓦斯移动与定点监测,人员精确定位,爆破人、机、环闭锁,远程与多级多员监控,充分实现了施工过程的智能化和信息化,起到了科学有效的监测监控和预警作用,提升了瓦斯隧道施工安全管理水平。