水工混凝土結構體裂縫光纖監(jiān)測技術試驗研究

2.3萬字 59頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘 要
混凝土是水利工程中使用最廣泛的建筑材料，但是，混凝土的應變特性決定了裂縫的出現很難避免。裂縫會破壞結構的整體性，降低結構的承載能力，直接危害結構穩(wěn)定，因此，水工混凝土結構體的裂縫監(jiān)測對保障結構的安全具有重要意義。但混凝土裂縫的產生與發(fā)展具有很大的時空隨機特性，常規(guī)的點式手段存在較大局限性，而分布式光纖傳感技術能實現結構體裂縫的空間立體監(jiān)測和連續(xù)性監(jiān)測，已成為各國競相研發(fā)的大型水利土木工程健康診斷與監(jiān)測的重要傳感技術。本文借助模型試驗，開展了水工混凝土裂縫光纖監(jiān)測技術研究，主要內容和成果如下：
分析了混凝土結構裂縫的產生及其擴展機理，闡述了光纖傳感的基本原理、光纖的基本結構及基本特性。
對Bragg光柵、光時域反射計（OTDR）及布里淵光時域分析（BOTDA）幾種主要的分布式光纖傳感技術的原理和適用性進行了分析論述，以選擇合適的技術進行混凝土裂縫監(jiān)測試驗。
研究了基于PPP-BOTDA分布式光纖傳感的裂縫監(jiān)測技術，通過試驗驗證了該技術對混凝土結構裂縫監(jiān)測的可行性。
試驗結果顯示：光纖布里淵頻移隨著光纖溫度的升高而相應的增加，二者呈一次線性關系，其溫度系數為0.3754MHz/oC；光纖布里淵頻移和應變曲線峰值與混凝土開裂位置具有很好的對應性，峰值的大小又可以表征出裂縫寬度的大小，光纖與裂縫正交時的應變系數為0.0508MHz/με。根據光纖布里淵頻移和應變峰值的位置能夠判斷出裂縫發(fā)生的位置，實現混凝土裂縫的實時、在線、連續(xù)的分布式監(jiān)測。



關鍵詞：水工混凝土結構；裂縫監(jiān)測；PPP-BOTDA；模型試驗