【摘要】： 光纤光栅传感器是近年来迅速发展起来的一种新型传感器，除具有传统电类传感器的功能外，它还具有分布传感、抗电磁干扰、精度高、长期稳定性好等优点，在大型土木工程结构(如桥梁结构等)的健康监测中有着广阔的应用前景。 本文结合高速公路上已建混凝土桥梁结构的监测，首先在等强度标准钢梁上进行了光纤光栅传感器的标定以及应变传感特性试验，得到了光纤光栅应变传感器的线性度、灵敏度和重复性等基本传感参数。然后着重进行了在桥梁监测中应用较多的振弦传感器与布拉格光栅传感器埋入混凝土梁中的对比试验研究，试验结果表明光栅传感器相比振弦传感器而言能满足实际工程应用的要求。最后根据光纤光栅传感技术在桥梁监测中的应用，探讨了其在桥梁监测中应用所面临的一些关键技术问题及实现途径。 在进行装配式混凝土简支板桥复合铺装结构的探讨性研究前，先介绍了接触分析基本理论，并提出了考虑混凝土桥面板板间接触、沥青混凝土加铺层与桥面接触等接触分析在有限元分析中的实现思路。结合一座装配式简支板桥现场试验数据，采用ANSYS对该桥在加铺前后进行了实体建模与计算分析，讨论了沥青混凝土加铺层对下部结构物的影响。在此基础上，对该类装配式混凝土简支板桥沥青混凝土复合铺装结构受力特性进行了分析，提出了该类桥型沥青混凝土加铺层的设计控制指标，给出了加铺层控制剪应力随厚度改变的变化规律，并探讨性地提出了混凝土桥复合铺装结构设计方法。 【关键词】：光纤光栅传感器 传感特性试验 接触分析 沥青混凝土加铺层 有限元分析
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：U446
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2004.020201
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-5
• 目录5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 引言8-9
• 1.2 光纤光栅传感技术在桥梁监测中的研究应用现状9-12
• 1.2.1 桥梁结构监测现状9-10
• 1.2.2 光纤传感技术应变传感机理研究现状10-11
• 1.2.3 光纤光栅传感器在桥梁结构监测中的应用现状11-12
• 1.3 混凝土桥面沥青混凝土复合铺装结构研究现状12-14
• 1.4 本文所作的主要工作14-15
• 第2章 光纤光栅传感技术在桥梁监测中的应用研究15-31
• 2.1 光纤光栅传感技术基本原理15-18
• 2.1.1 光纤光栅的基本结构15
• 2.1.2 光纤光栅传感原理15-16
• 2.1.3 光纤光栅应变、温度传感特性16-17
• 2.1.4 光纤光栅解调技术17-18
• 2.2 光纤光栅应变传感试验18-22
• 2.2.1 光纤光栅的应变传感特性标定18-20
• 2.2.2 光纤光栅应变传感的荷载重复性试验20-22
• 2.3 光纤光栅传感器与钢弦计的对比试验22-24
• 2.3.1 振弦式传感器的工作原理22
• 2.3.2 埋入混凝土梁中的对比试验研究22-23
• 2.3.3 试验结果与分析23-24
• 2.4 光纤光栅传感技术在桥梁结构监测中的应用24-28
• 2.5 光纤光栅传感技术应用中的关键问题与解决途径28-30
• 2.5.1 光纤光栅传感器的埋设与保护28
• 2.5.2 光纤光栅的应变与温度的交叉敏感28-29
• 2.5.3 光纤光栅传感技术的分布传感29
• 2.5.4 光纤光栅的远程网络监测评估29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 考虑接触分析的理论与实现31-44
• 3.1 接触力学基本理论31-36
• 3.1.1 接触的分类31
• 3.1.2 接触的参考坐标31-32
• 3.1.3 弹性半空间假设32-33
• 3.1.4 弹性半空间体的线载荷和点载荷33
• 3.1.5 弹性接触的Hertz理论33-34
• 3.1.6 弹性物体的非Hertz理论34-36
• 3.2 层间接触单元36-38
• 3.3 考虑加铺层与下部结构共同工作在ANSYS上的实现38-43
• 3.3.1 混凝土桥复合铺装结构力学计算模型38-39
• 3.3.2 单元类型选取39-41
• 3.3.2.1 钢筋混凝土单元39-40
• 3.3.2.2 接触单元40
• 3.3.2.3 八节点实体等参元40-41
• 3.3.2.4 弹性壳单元41
• 3.3.3 材料属性41-43
• 3.3.3.1 混凝土41-42
• 3.3.3.2 钢筋42
• 3.3.3.3 沥青混凝土42
• 3.3.3.4 接触摩擦类型42-43
• 3.3.4 求解模式43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 混凝土桥复合铺装结构受力分析44-62
• 4.1 加铺沥青混凝土前桥梁结构试验研究与受力分析44-48
• 4.1.1 荷载试验方案44-45
• 4.1.2 有限元模型建立45-47
• 4.1.3 试验结果与有限元计算结果对比分析47-48
• 4.2 混凝土桥复合铺装结构受力特性分析48-55
• 4.2.1 加铺后试验结果与有限元计算结果的对比分析48-49
• 4.2.2 沥青混凝土加铺层对下部结构影响与结构物的完善49-53
• 4.2.3 沥青混凝土加铺层受力特点分析53-55
• 4.2.3.1 层间剪应力53-54
• 4.2.3.2 表面剪应力54-55
• 4.2.3.3 层内剪应力随深度的变化55
• 4.3 沥青混凝土加铺层受力参数分析55-58
• 4.3.1 参数取值55-56
• 4.3.2 加铺层厚度变化时加铺层受力分析56-58
• 4.3.2.1 表面剪应力56
• 4.3.2.2 层间剪应力56-57
• 4.3.2.3 表面弯沉57-58
• 4.4 混凝土桥面沥青混凝土铺装结构设计方法探讨58-61
• 4.4.1 结构设计步骤58-59
• 4.4.2 抗剪设计59-61
• 4.4.2.1 铺装层表面抗剪验算59-60
• 4.4.2.2 层间抗剪验算60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 结论与展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67