基于长标距光纤光栅传感器的连续梁桥监测技术

对光纤光栅传感器的原理进行理论分析,提出长标距光纤光栅传感器的概念,提出长标距光纤光栅传感器的制作工艺,分析长标距光纤光栅传感器的应用特点,将长标距光纤光栅传感器应用于大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工过程与长期监测,优化提出布设方案及布设施工工艺,对桥梁关键截面的应力监测数据与理论数据进行对比分析,结果表明长标距光纤光栅传感器具有实测数据稳定、可靠、精确和准分布等优点,能实现对桥梁应力、温度等多项内容的实时监测,是一种有效的结构监测传感器。     

光纤光栅应变传感器的温度补偿及其工程应用

在使用光纤光栅应变传感器对结构应变进行监测的过程中,为了解决光纤光栅的中心波长对温度与应变交叉敏感的问题,从光纤光栅传感器的微观结构及其工作时与混凝土的相互作用机理出发,给出了利用光栅温度传感器对光栅应变传感器进行点对点温度补偿的方法,通过对应变传感器测得的数据进行修正,来获得由荷载引起的结构真实应变值。利用实际工程中的测量数据对该方法进行了验证,得到了较为理想的效果。     

CRH3型动车组牵引电机温度传感器故障分析及改进

针对CRH3型动车组在运营过程中牵引电机温度传感器故障引起的牵引电机温度异常故障,从牵引电机温度检测原理等方面进行了理论分析,并联合传感器生产厂商对故障温度传感器进行了解体检查及性能验证试验,确定故障的原因是传感器内部接线方式不合理及IP防护等级不满足要求,并对温度传感器做出了相应的优化改进。通过现车运营考核证明,优化改进后的传感器性能良好,可以推广应用,其优化改进方案也可为后续传感器设计提供参考。     

基于光纤光栅传感技术的深井井壁结构监测

研究目的:井筒的安全是煤矿安全运营和高效生产的前提。实时掌握井壁结构受力状态,防止井壁突然性破坏造成重大损失,井筒的长期安全监测就显得尤为重要。在大涌水和复杂电磁环境条件下,光纤光栅传感器可靠性和稳定性好,通过采用光纤光栅传感技术对千米深立井井壁结构的长期监测,可以掌握深大涌水井筒的受力变化规律,为评价井筒的安全状况提供依据。研究结论:采用光纤光栅传感器对千米深立井井壁结构进行了一个完整周期的监测,得到了井筒表土段和基岩段井壁温度和应变变化规律。6月至10月间由温度引起的温度应变达到最大值,井筒更容易在夏季发生破裂灾害;光纤光栅传感技术在大淋水条件下深立井井壁结构监测中的应用,为井壁变形监测提供了一种新的、稳定可靠的技术方案,对复杂地层条件下井壁长期监测技术革新产生重要的推动作用,对于其他复杂地层中岩土工程监测具有重要的指导意义。     

地铁车站结构健康监测研究

首次建立地铁车站结构健康监测系统。运用光纤光栅传感器和振弦传感器,对施工期间的北京地铁10号线国贸站的车站结构进行了一系列监测。光纤光栅传感器和振弦传感器的监测数据吻合良好,捕捉到车站结构上部路面塌陷时结构内部的应变变化,并且监测到地铁车站二衬结构的受力状态。基于水化热理论和混凝土早龄期徐变理论,通过有限元方法,计算了车站结构底板的温度和中层板混凝土早龄期徐变,计算结果和监测数据吻合较好,考虑混凝土早龄期徐变的结果与监测数据更加接近。此外,基于GIS技术,开发了地铁车站结构监测信息管理系统。     

秦沈客运专线整孔双线箱形梁水化热变化规律试验研究

针对秦沈客运专线双线整孔简支箱梁桥综合试验工程,利用光纤温度传感器对混凝土连续箱梁水化热温度场的变化规律进行监测,并结合ANSYS程序进行有限元数值仿真分析,阐述了箱梁各部位混凝土早期水化热温度分布、发展的特点,给出混凝土箱粱温度在横截面的分布和随时间变化的规律,提出了防止温差过大而引起混凝土开裂的工程措施。     

光纤光栅传感器在桥上无缝道岔结构模型试验中的应用

以桥上无缝道岔模型结构为基础,在岔区布置光纤光栅传感器,对道岔模型结构在钢轨与梁体升温过程中钢轨纵向力进行监测。通过理论计算与试验结果的对比分析,证明了光纤光栅传感器在桥上无缝道岔模型试验中应用的可行性,分析了在桥上岔区CRTSⅡ型板式无砟轨道与CRTSⅠ型无砟轨道的受力情况,同时预测了光纤光栅传感器在客运专线中的应用前景。     

凹槽内嵌式封装光纤光栅应变传感器的温度特性

内嵌预压式封装解决了光纤光栅传感器存活率低、监测量程不足等问题,实现了光纤光栅传感器对钢绞线应变的实时健康监测。光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器主要受轴向应变和温度特性影响,为保证其内嵌封装后对钢绞线应变监测的可靠性,以温度为变化参数对其进行水浴恒温试验,对比分析在5～100℃过程中FBG传感器内嵌式封装前后中心波长变化。试验结果表明:FBG的中心波长随温度升高呈线性增长,与初始波长无关;在钢绞线中心丝凹槽封装裸FBG后,温度灵敏度增大了1倍;当钢绞线使用环境温差达到30℃,温度的交叉影响可使FBG传感器的应变测量误差达到7.6%以上,且钢绞线应变越小误差越大;应在钢绞线中心丝不受力部位串联封装1个FBG传感器,以实现温度补偿减少误差。试验结束后,FBG传感器封装完好,所测试验数据仍具有良好的线性度和重复率,对温度有较好的适应性,为自感知钢绞线的工程应用提供了可靠依据。     

基于光纤光栅的钢轨应变测量关键技术研究

钢轨应变的监测在铁路线路的运营维护中具有重要意义。光纤光栅传感器相比传统传感器在稳定性、抗电磁干扰与准分布式测量等方面能够更好满足钢轨应变测量的需要。本文指出了光纤光栅传感器对载荷和温度应力的测量原理,建立光纤光栅中心反射波长漂移量与载荷和温度应力产生的钢轨应变的数学模型。使用光纤光栅传感器进行温度应力和动态载荷下的钢轨应变监测实验,并通过匹配光栅方法消除温度变化的干扰。实验结果表明光纤光栅应变传感器适用于钢轨应变的监测需要,具有良好的工作性能。     

光纤光栅传感器在桥梁缺陷检测和结构健康监测中的应用

阐述了桥梁缺陷检测和结构健康监测的背景和意义,介绍了桥梁主要缺陷和结构健康监测内容,并对光纤光栅传感器的结构、工作原理、应用特点及其在国内外实际工程中的应用进行了概述,最后给出了光纤光栅传感器在桥梁缺陷检测和结构健康监测中的应用。     

高速铁路无砟轨道监测技术

总结我国高速铁路无砟轨道结构形式,分析运营过程中可能存在无砟轨道上拱、梁端凸台或底座开裂、扣件失效、砂浆层离缝、轨道结构开裂、线下基础沉降等问题,提出采用电阻应变片式、振弦式、光纤光栅、电涡流非接触式、无线传输、远程监控、预警机制等测试和监控方法以及道岔区板式无砟轨道综合监测、桥上42号道岔区及临时端刺区受力和变形监测、隧道内CRTS I型减振型板式无砟轨道减振测试、CRTSⅡ型板式无砟轨道温度及变形监测等应用实例。并探讨采用高清摄像头图像识别、利用红外热成像、利用光纤的振动和声学传感等新技术在无砟轨道安全监控中应用。     

基于光纤传感技术的混凝土支撑轴力监测及数据分析

支撑轴力作为地铁深基坑施工监测的主要监测项目,是考察基坑自身安全状况的重要指标。针对目前混凝土支撑轴力监测值与实际情况差异较大的问题,分析造成混凝土支撑轴力监测值偏大的原因。利用光纤传感技术,在混凝土支撑纵向主筋肋槽上胶粘封装光纤光栅传感器(FBG),通过监测钢筋的应变推算出支撑梁的内力。在现有计算公式的基础上提出考虑混凝土收缩、徐变、应力应变关系非线性影响的轴力修正公式,对监测数据进行修正。以某市地铁深基坑为例,验证了光纤传感轴力监测技术及轴力修正公式的有效性。结果显示,FBG与钢筋计轴力曲线变化趋势一致,FBG考虑了温度补偿,监测值较钢筋计更加稳定;对轴力监测值进行修正,修正后的轴力值约为修正前的1/3,结果更加符合实际。     

光纤光栅锚端预应力传感器的研究

针对传统检测方法长期稳定性差、不能实现分布式测量、信号不能远距离传输等缺点,基于光线光栅的优点,以及预应力钢绞线的特殊结构和复杂工作情况,提出基于光纤光栅的预应力结构锚端传感测试方案,对光纤光栅预应力传感器进行研究。实验结果表明,该传感器重复性好,测量精度高,可以满足预应力锚端监测的需要。     

光纤传感技术在地下工程中的应用

研究目的光纤传感技术是一种新型的监测技术。新建北京地铁5号线崇文门站需要从既有运营地铁下穿过,为控制开挖引起的土层沉降,需要对施工中采用的超前大管棚的应变进行测试,传统的测试手段难以满足要求,因此采用了光纤传感技术。研究方法在大管棚施工前在其上预埋光纤传感器,并对光纤传感器进行相应的保护措施,以保证其工作正常,管棚施作时附带光纤传感器一起顶入土层中,因为光纤传感器是附着在管棚上的,应变可以通过光纤传感器反映出来。研究结论通过测试,可以看出光纤传感技术能够测试管棚应变,精度较高;光纤传感器能够在复杂的环境下测试管棚的应变,比电阻片测试更具有耐久性和适应性,光纤传感技术可以在地下工程中推广应用。     

基于分布式光纤传感的轨道板上拱监测技术研究

为主动管控轨道板上拱病害,依据分布式光纤传感技术特点,从光纤布设、监测设备、监测系统集成等方面,提出了轨道板上拱监测技术方案,并通过实尺模型试验验证了方案的可行性。试验结果表明:在模拟轨道板上拱的过程中,光纤的对应点位信号变化显著;圆形光缆应变波形稳定,能更好地满足方案设计要求;轨道板上拱位移与光纤应变测量结果存在线性关系,拟合推算的上拱位移误差较小,为后期投入现场运营提供了支撑。     

桥梁测力支座监测系统设计与工程应用

桥梁测力支座及相应的监测系统可用于桥梁的健康监测,在普通球型钢支座基础上开发的一种新型桥梁测力支座,通过在支座内部设置测力结构,采用先进的传感器,外部配置数据传输系统实现实时测力及对桥梁施工和运营状态的远程监控。本文介绍了支座和监测系统的结构形式及工作机理,通过试验测定并在沪昆客专北盘江大桥得到工程应用。结果表明:提出的支座结构形式新颖,受力和传力机理明确,经试验室测试数据重复性好,性能稳定;选用的传感器及配套的数据传输系统性能良好,工艺成熟,输出信号稳定准确;研究成果可以监测桥梁结构的施工和运营状态,也可纳入桥梁健康监测系统,亦可供新制式轨道交通桥梁支座监测系统设计参考。     

用碱矿渣胶凝材料粘贴碳纤维布加固组合梁受力性能试验研究

目前粘贴碳纤维布加固混凝土结构多采用环氧类有机胶,但其软化点过低,多为60～80℃。夏季由于气温高,一些地区混凝土桥梁结构表面温度常超过环氧类有机胶的软化点,用环氧类有机胶粘贴碳纤维布加固的混凝土结构难以满足耐高温要求。为此,选用600℃时强度不低于常温强度的碱矿渣胶凝材料粘贴碳纤维布,对经历承载能力极限状态的4根黏结预应力内置圆钢管桁架混凝土组合梁进行加固并进行受力性能试验,获得加固梁的受弯承载力试验值和二折线的跨中荷载-挠度变形曲线。基于试验结果,提出考虑原梁加载历程影响的此类加固梁受弯承载力计算方法,建立与试验结果吻合良好的刚度计算公式。     

转辙机动作杆中光纤应力传感器的研究

研究了非对称刻蚀光纤应力传感器的基本原理,将其应用在转辙机中,为转辙机动作杆应力的检测提供了一种新的测试方法。     

轨道安全监测中传感器优化配置研究

为了研究轨道结构安全监测中传感器的合理配置方法,确保城市轨道交通安全运营,通过建立桥上交叉渡线道岔模型和钢轨应变传递误差最小的目标函数,提出传感器测点选择依据和监测方案评价标准,保证监测方案的经济性、合理性。结论表明:模型数据曲线可以指导监测系统的测点位置选择;随着传感器测点数量增加,监测误差逐渐减小,但在误差比率的"拐点"后增加单位个数传感器带来的收益降低;通过建立误差最小准则的目标函数,结合误差指标可以评价和优化传感器布设方案;钢轨位移、附加力等指标的监测方案也可以通过本文方法确定。