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第99期 光纤光栅型智慧钢绞线及其在衡阳东洲大桥中的应用

2020-9-9 14:03
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【52监测网】第99期 光纤光栅型智慧钢绞线及其在衡阳东洲大桥中的应用


52监测网专家报告分享-第99期

《光纤光栅型智慧钢绞线及其在衡阳东洲大桥中的应用》
朱万旭 桂林理工大学 教授

目录

性能特点
测量原理
组网监测
工程案例

内容介绍

一、性能特点

光纤光栅型智慧钢绞线

在钢丝(钢绞线中心丝)表面将直径为0.1mm光纤光栅嵌入并与之耦合在一起,制成受力与感知一体化的智慧材料。

智慧钢丝、智慧钢绞线

光纤光栅传感优点

光纤光栅传感器是研究和应用新趋势
1. 抗电磁干扰:一般电磁辐射的频率比光波低许多,所以在光纤中传输的光信号不受电磁干扰的影响。
2. 耐腐蚀,化学性能稳定:制作光纤的材料——石英具有极高的化学稳定性,适合长期监测。
3. 传输损耗小:可实现远距离遥控监测。
4. 体积小、重量轻,适合与基材耦合。
5. 电绝缘性能好:光纤由电介质构成,且无需电源驱动,适宜于在易燃易爆炸的环境中使用。
6. 传输容量大:可实现多点分布式测量。

光纤光栅型智慧钢绞线优点

1. 量程大,型钢绞线最大应变量程12000µɛ。(对应钢绞线屈服应变约为8300µɛ)
2. 精度高,分辨率1µɛ,相当于φ15.2mm钢绞线测量0.028kN分辨率
3. 抗疲劳,在应力上限0.45σb、应力幅200MPa下,通过200万次循环加载,断丝率≤2%。
4. 耐腐蚀,化学性能稳定,适合长期监测。
5. 抗磨损,光纤光栅嵌入钢丝表面内,起到保护作用。
6. 由于在内部,暴风雨、烈日等恶劣环境下不影响监测。
可见,该材料非常适合长期在线监测

主要技术性能参数(钢绞线)

1. 力学性能与普通低松弛预应力钢绞线的等同,符合GB/T5224;
2. 最大量程达到12000µɛ,能够跟踪至钢绞线应力屈服状态;
3. 高应力幅状态下能够通过200万次循环荷载试验。


智慧材料布置方案

无需变更原体系设计


智慧钢绞线/钢丝布置截面示意图

单根钢绞线/钢丝测点纵向布置示意图

二、测量原理

感知光纤测量原理

布拉格光栅基本原理
在光纤指定位置制成一定折射率周期分布的光栅区。当光进入光栅时,对满足光栅反射条件的入射光产生一种反射,该反射波波峰处波长为ℷB。


在光栅所处环境应变发生变化时,弹光效应会使光栅折射率改变和周期伸缩,其波长漂移与所受轴向应变的关系:


基于以上原理,可制成满足工程需要的各种光纤光栅传感器。

应力应变对应关系

光纤光栅通过黏结剂等中间介质的应变传递从而实现对钢绞线的应变测量,基体结构钢绞线的真实应变与FBG监测应变的关系满足:


监测数据处理

根据静力张拉对钢绞线进行光纤光栅传感性能标定,根据力(F)——波长(ℷ)标定数据得出线性拟合曲线,量测得到的原始数据为波长,将其带入拟合曲线得到力值。


三、组网监测

监测系统布置方案


在线监测系统

系统由自感知智慧材料、数据采集与传输模块、数据处理与管理模块、数据分析与安全预警模块。


           

用户仅需要使用手机、电脑等即可实现远程在线监测

1. 实时查看应力变化
2. 应力历史变化曲线
3. 构件健康状态评估
4. 即时安全预警
……

四、工程案例

衡阳东洲湘江大桥


斜拉索布置










《光纤光栅型智慧钢绞线及其在衡阳东洲大桥中的应用》
朱万旭 桂林理工大学 教授

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握手

雷人

路过

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这个人很懒,什么也没留下...
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