孙东亚[1]2001年在《光纤智能材料、器件与智能锚索结构系统的研究》文中提出智能材料与结构是近年来在世界上兴起并迅速发展的材料科学的一个新领域，是高技术新材料领域中正在形成的一门新的分支学科，也是当前工程学科发展的国际前沿。智能材料与结构是一门交叉学科，它的发展不仅是材料学科本身的需要，而且可以带动许多相关学科的发展，也是国民经济建设发展的需要。 本研究首先通过对当今光纤智能材料与器件的发展和光纤传感器研究应用现状的论述，从实际工程应用的角度出发，提出了智能锚索结构的概念。然后从这一概念出发，对强度调制光纤传感器和光纤布喇格光栅传感器的基本理论进行了回顾与论述。提出了基于微弯原理和基于光纤布喇格光栅的两种旨在实现分布应变传感的实用传感器结构型式。 针对所提出的缠绕式分布应变光纤传感器结构，进行了拉伸试验和叁点弯曲混凝土梁试验，对传感器的制作工艺、应变反应特性和应用技术进行了系统论证。试验说明，所开发的强度调制分布应变传感器具有良好的应变反应特性和较高灵敏度，可以有效识别结构拉伸应变超过极限后所产生的裂缝，对结构应变可实现定性分布测量。 论文对掺锗光纤和光纤渗氢后的光敏性进行了分析。在此基础上，通过光纤渗氢，并利用准分子激光器和相位掩膜板技术制作了1300nm的光纤布喇格光栅，用于光栅温度和应变特性的试验研究。 从光纤光栅理论的模型出发，采用耦合波理论和弹性力学定理对光纤光栅的应变和温度传感特性进行了分析，简述了光栅的温度和应变传感模型。在此基础上，进行了光栅温度和分布应变的传感特性试验研究。通过钢筋拉伸和钢板挠曲试验，说明所制作的光栅具有良好应变反应特性，利用光纤光栅所制作的应变传感器具有非常好的线性、一致性及非常高的灵敏度。 最后，在以上理论分析和试验研究的基础上，结合岩土工程中典型的锚索结构型式，综合考虑设计、施工因素和锚索监测要求，提出了两种分别基于微弯强度调制光纤传感器和光纤布喇格光栅分布应变传感器的智能锚索结构设计方案。
刘胜春[2]2006年在《光纤光栅智能材料与桥梁健康监测系统研究》文中认为在科学技术和经济快速发展的推动下，我国城市及公路交通建设得到了飞速发展，在沿江沿海、西部山区及各大城市修建了大量的特大型桥梁。这些桥梁沟通南北、连结东西，成为我国众多城市及公路交通的枢纽和标志性建筑。随着这些桥梁使用时间的推移和超限运输的增加，特大桥梁事故的潜在危险和几率随之上升，并不时出现影响国计民生的严重桥梁事故。由此，桥梁管理部门和工程界提出了对特大桥进行健康监测和安全管理养护的课题，希望通过科技手段监测桥梁结构的关键参数，为桥梁的安全性判断提供依据，保障桥梁结构在安全运营的前提下延长其使用寿命，确保其社会经济效益的发挥。由于桥梁安全运营对社会及经济发展的作用至关重要，世界各发达国家纷纷采用高新技术解决桥梁安全运营保障的技术难题，桥梁健康监测系统的研究和开发应用成为了当前世界范围的研究热点，最近几年在很多国家得到了快速的发展。智能材料与结构系统的研究作为21世纪最具挑战性的课题之一，在军事和民用方面都具有重大的应用前景，利用智能材料与结构技术解决重大土木结构生命周期健康安全监测和状况评估问题，因其重大的社会意义和经济价值也成为了世界性的研究热点。目前，世界发达国家将基于电磁类的智能材料应用大型桥梁结构的减振抗震控制取得了大量成果，将光纤光栅智能材料应用于桥梁结构健康监测的研究也进行了一些尝试，主要成果集中为单项传感器的实验室研究试验。当前，桥梁结构健康监测系统研究的关键和核心问题是桥梁关键信息的长期可靠采集。基于光纤光栅智能材料的监测系统由于本身具有长期可靠性的优点，逐渐成为构建桥梁长期健康监测系统的首选技术。由于特大型桥梁结构的空间分布广，需要测试的参数类型多，如何利用光纤光栅智能材料与结构技术实现大型桥梁结构健康监测所需各种类型参数的长期可靠采集，成为急需解决的关键技术难题。本论文的研究立足于采用先进光纤光栅传感测试技术，根据智能材料与结构系统的理论和思想，构建长期可靠的特大型斜拉桥结构健康监测系统，通过长期结构信息的采集和连续测试以评估特大型桥梁的安全健康状况。在国家自然科学基金重点、国家863计划和湖北省重点攻关项目的支持下，以武汉长江二桥、武汉阳逻长江公路大桥和天兴洲公铁两用长江大桥的长期健康监测系统实施为工程背景，围绕智能材料与结构系统在桥梁健康监测中应用的基础理论、基本实验和工程实际开发，研究了光纤光栅智能材料应用于桥梁领域的相关技术，从桥梁结构受力和交通荷载监测等方面探讨了专用光纤光栅传感器测试系统的制备和传感网络系统集成技术。研究工作历时叁年，多项研究成果通过湖北省科技厅的科技成果鉴定，填补了国内空白，达到国际先进水平。本文主要内容包括以下方面：(1)对大型桥梁结构健康监测系统及其相关技术的发展进行回顾和总结，分析可资借鉴的经验教训，明确大型桥梁长期健康监测系统的基本构成和原理，以及存在的问题和亟待解决的关键技术；(2)就智能材料与结构系统及相关的传感测试技术，特别是光纤光栅传感测试技术在智能材料与结构中的研究现状和发展趋势进行概括和总结，探讨光纤光栅智能材料与结构的基本概念、构成方式，及其在桥梁健康监测中的应用原理，进而提出本课题的研究目标和任务；(3)根据大型斜拉桥健康监测系统的特点，利用光纤光栅传感测试技术及智能材料与结构的思想，解决斜拉索索力、关键结构部位应变、温度和重载车荷载实时监测难题，研究、设计并开发了相应测试系统；(4)根据大型斜拉桥长期健康监测系统所采集的结构受力、环境及交通荷载的实时信息，提出针对实时监测数据和结构计算仿真的健康状况评估系统，并设计了相应的评估指标体系；(5)将研究成果在国内率先应用于实际的大型桥梁健康监测系统，武汉长江二桥长期健康监测及数字化管养系统。应用结果表明，光纤光栅传感器及其监测系统能适应大型桥梁长期结构参数采集的需要，其测试精度、稳定性与耐久性满足实际工程的需要，基本实现了光纤光栅智能材料与结构在桥梁工程中的初步应用。
符晶华[3]2006年在《光纤光栅智能材料、结构的研究与应用》文中指出智能材料是一个具有感知、驱动和控制等功能的智能化的材料系统。智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向，成为了科学界研究的热点。结构健康监测是土木界亟待解决的重大理论与现实问题，结构健康监测的实现对于保障重大土木工程如桥梁、超高层建筑、大跨空间结构、大型水坝、核电站以及输油、供水、供气等管网系统等的结构安全具有重大的现实意义。智能材料应用于结构健康监测的研究，是21世纪具有挑战性的课题。利用智能材料与结构技术解决重大土木工程结构在整个服役期内的健康监测和安全评估问题，是一个全球性的研究热点，具有重大的经济价值和社会意义。光纤光栅智能材料是近年发展起来的先进传感材料，它有效克服了当前常规传感系统在长期稳定性、耐久性和分布范围方面存在的不足，最有希望满足现代工程结构监测的高精度、远距离、分布式和长期性的技术要求，具有传统技术无法比拟的优势。研究开发在长期稳定性能上满足工程要求的新型光纤光栅智能材料是从根本上实现结构健康监测的核心工作之一。本论文在国家自然科学基金、国家863计划和湖北省重点攻关项目的支持下，在导师的悉心指导下，从光纤光栅智能材料的传感机理出发，研究了大型土木工程结构健康监测系统的构成、功能、监测内容、手段及实现，在试验的基础上研制了光纤光栅锚索测力传感器，并将之成功应用于武汉晴川大桥健康监测系统，监测结果与理论计算基本吻合。本文接着研究并总结了传感器在大型土木工程结构健康监测中的优化布点方法、健康状况识别准则以及现场监测数据的采集及后处理方法，对大型土木工程健康状况监测智能化、网络化、系统化的实现具有重要意义。本文最后结合不同类型(在建、已建、加固)重大土木工程健康监测的试验和应用，从材料、构件、结构等方面探讨了用于重大工程结构的光纤光栅传感器的制备、封装、埋入、粘接、安装保护工艺等技术以及光纤光栅传感网络设计技术和系统集成技术，部分监测试验结果并与常规监测结果进行了对比分析，最终实现了在重大工程建设中的应用。本论文的多项研究成果通过相关的成果鉴定，并已在多个重大工程项目上获得成功应用，成为国家科技进步二等奖的部分内容。
梁磊[4]2005年在《光纤光栅智能材料与结构理论和应用研究》文中认为材料与结构的智能化是21世纪具有挑战性的课题。利用智能材料与结构技术解决重大工程结构在整个生命周期内的健康监测和安全评估问题,是一个世界性的研究热点,具有重大的社会意义和经济价值。“结构健康监测”是智能材料与结构发展与综合的象征,是高新技术开发与集成的标志,也是现代结构实验技术的集中体现。研究开发在长期稳定性上满足工程要求的传感元件、发展新型光纤光栅智能材料结构系统是从根本上实现结构健康监测的核心工作之一。 本论文在国家自然科学基金、国家863计划和湖北省重点攻关项目的支持下,在导师的悉心指导下,从基础理论、基本实验、工程应用上研究了光纤光栅智能材料与结构的理论和应用技术,从材料、构件、结构等方面探讨了用于重大工程结构的光纤光栅传感器的制备技术、光纤光栅传感网络设计技术和系统集成技术。目的是研制出光纤光栅应变、温度和压力等传感器及其所构成的健康监测系统,并实现在重大工程建设中的应用。本论文的相关研究工作历时五年,多项研究成果通过相关的成果鉴定,并已在多个重大工程项目上获得实际应用,成为国家科技进步二等奖的部分内容。 本文主要内容包括:光纤光栅的智能传感机理,稳定、可靠的光纤光栅传感元件和多参量光纤光栅传感器的研制,光纤光栅智能材料与结构系统及其自诊断功能实现方法的研究,以及“结构健康监测”在重大工程中的应用研究等。 一、对智能材料与结构、智能材料与结构中的传感技术、光纤光栅传感技术的研究现状和发展趋势进行了回顾和展望,探讨了光纤光栅智能材料与结构的基本概念和构成方式。 二、从光纤光栅光敏性的研究出发,对光纤光栅的传输理论和基本智能传感特性进行了理论推证,分析了光纤光栅的传感机理。从传感用光纤光栅的要求出发,通过对载氢、光栅结构参数、光刻条件和退火工艺对光纤光栅光谱特性影响理论和实验的研究,总结出有关制备具有长期稳定性光纤光栅传感元件较理想的技术和工艺条件。 叁、基于智能材料与结构的相容性要求,通过对光纤光栅/传感器/待测界面应变传递特性、光纤光栅复合弹性体结构的理论研究和分析,形成基于应变传递效率的光纤光栅应变传感器的基本设计方法。总结了基于热、力耦合作用加速检验光纤光栅传感器长期稳定性的新方法。
高飞, 唐宁, 李晓[5]2016年在《智能材料与结构发展现状浅析》文中指出智能材料与结构正在成为材料工程研究领域的热门课题。介绍了智能材料与结构的基本概念,特性及其在建筑工程材料领域的发展现状。
安新赞[6]2017年在《基于光纤Bragg光栅传感技术的锚索预应力监测可行性研究》文中指出预应力锚索加固技术是目前岩土工程高边坡加固中普遍应用的支护技术之一,其经济、高效的特点决定了在工程领域的广泛应用。而对预应力锚索监测技术及其预应力分布规律的深入研究,可以更好的为研究预应力锚索支护理论提供更准确的数据支撑,确保锚固工程的安全运营。本文对目前的一些锚索(杆)的监测技术进行了大致的介绍。在室内拉拔试验的基础上,验证了光纤Bragg光栅监测技术可以监测锚索的受力变化。并在光纤Bragg光栅监测技术可行的基础上,验证了光纤Bragg光栅监测技术是可以检测到锚索损伤的。以及以室内模拟试验的形式,利用光纤Bragg光栅监测技术研究了锚索孔道弯曲对锚索预应力传递的影响。锚固段是锚索工程的关键部位,需要浇筑水泥砂浆,为确保光纤光栅传感器在锚固段能够正常工作,先后进行了多次室内圆筒混凝土浇筑模拟真实环境试验,成功研制出光纤光栅监测保护装置,并在此基础上研究分析出预应力锚索预应力传递规律。试验结果表明:在应变体残余应变消除的基础上,通过分级张拉对监测锚进行标定后,光纤Bragg光栅监测技术用于预应力锚索监测是可行的;光纤Bragg光栅监测技术可以对锚索损伤进行检测,并且与锚索缺陷距离最近的应变体上的光纤传感器测得的应变变化最大;锚索孔道弯曲严重影响锚索预应力的传递,随着张拉力的增大,摩阻力越来越大,预应力在弯曲处的损失也越来越大,设计荷载为150kN时,在孔道弯曲处预应力的损失率为5.27%;在理想条件下,锚索预应力随深度的增加损失严重,设计荷载为150kN时,锚固深度50m处的预应力只有设计值的3.94%。由于光纤Bragg光栅监测系统可以实现24小时在线监测,以及其耐腐蚀、抗电磁干扰等特性能够满足长期服役,因此以后可广泛应用于岩土工程中边坡支护的安全监测中,并可在锚索失效前进行预警,避免事故发生。
瞿伟廉, 李卓球, 姜德生, 官建国, 袁润章[7]1999年在《智能材料结构系统在土木工程中的应用》文中指出本文在简要说明了“智能材料－ 结构系统”的基本概念和它在土木工程结构中的两种应用途径的基础上， 较为系统地介绍了光纤材料、碳纤维混凝土、愈合管道、形状记忆合金、ＥＲ 电流变液、ＭＲ 磁流变液和ＰＥ 压电材料等七种智能材料（ 或器件） 在土木工程结构中的应用
赵林[8]2003年在《结构振动半主动控制及其实用性研究》文中研究表明结构振动半主动控制是目前性能价格比最高、最具工程应用前景的一种结构控制方法。它既可以克服主动控制需要大量外部能源的缺点,又基本沿用被动控制措施,同时具有良好而可靠的控制效果。虽然目前出现了多种控制方法和控制装置,但是由于土建结构振动控制问题的特殊性和复杂性,使得许多理论研究成果无法应用于工程实践当中。因此,在理论研究的基础上,结合结构工程实际,对结构振动半主动控制及其实用性进行深入研究是具有重要理论价值和工程实用价值的。本文针对上述问题,借鉴相关学科的最新研究成果,对目前半主动控制中存在的主要问题分别提出新的解决方案。其中主要的研究性工作包括:利用模态变换技术,基于单步状态预测控制律,提出了多自由度结构体系主动变刚度阻尼(AVSD)多振型开关控制律;在神经网络对MR阻尼器恢复力特性精确辨识的基础之上,基于LQG控制(即线性二次型高斯最优控制算法)提出了MR阻尼器应用于半主动控制的跟踪控制算法;阐述了人工神经网络在结构振动控制中的应用进展,并提出了基于BP(Back Propagation)神经网络的跟踪辨识方法;对结构振动半主动控制的时滞问题进行了探讨,并介绍了两种切实可行的时滞补偿方法,即:移相法和状态预测补偿法;针对主动变刚度阻尼AVSD半主动控制控制装置的优化设置问题,基于多模态优化设置准则,提出了一种具体的控制装置优化设计方法;最后,探讨了结构振动半主动控制工程应用中所面临的几个问题,并针对上述问题指出了半主动控制工程应用中值得进一步研究的课题及其发展的方向。
刘沐宇, 袁卫国[9]2004年在《光纤传感在桥梁健康监测系统中的应用研究》文中研究指明建立一套高效实用且有客观统一桥梁状态评价标准的桥梁健康监测系统是桥梁工程界的目标,光纤传感技术的优点使其在该系统中的应用具有广阔的前景。结合光纤传感技术的研究与发展,深入探讨了光纤传感技术在桥梁健康监测系统中的应用。
周燕其[10]2008年在《斜拉桥索力自动监测系统研究》文中研究表明拉索索力的监测关系到斜拉桥运营安全,其经济、社会效益极为显着,而现有索力测试技术存在种种局限性,以及远程自动监测系统的费用昂贵,论文针对上述问题拟研发一种在拉索钢丝表面安装光纤光栅应变传感器、外挂索力显示屏的简易斜拉桥索力自动监测系统。论文分析了现有5种索力测量方法的原理、适用范围和优缺点,调查了光纤光栅技术测量索力的应用现状;研究了光纤光栅原理及信号解调技术;总体设计了索力自动监测系统的光纤光栅传感器系统、光纤光栅传感网络分析系统、光纤传输及显示系统叁大功能模块;提出了钢丝镀锌层、封装防水胶水层和修补PE护套层的拉索局部叁重防护体系。传感器的安装试验,证实了将光纤光栅应变传感器粘贴到拉索钢丝表面的可行性;裸索的静载试验,探索了拉索索力F和光纤光栅的波长变化Δλ之间的关系,通过标定可得到拉索索力F和光纤光栅的波长变化Δλ的拟合方程F = aΔλ+ b,实现拉索钢丝表面安装光纤光栅应变传感器测量拉索索力,为研发简易斜拉桥索力自动监测系统奠定了基础。综上,论文将先进的光纤光栅传感技术应用到斜拉桥索力监测,创造性的在拉索钢丝表面安装了抗电磁干扰、稳定性好的光纤光栅传感器,实现了拉索索力的测量,促进了光纤传感技术在工程结构安全监测应用,具有重要的学术价值和实际意义。
参考文献：
[1]. 光纤智能材料、器件与智能锚索结构系统的研究[D]. 孙东亚. 武汉理工大学. 2001
[2]. 光纤光栅智能材料与桥梁健康监测系统研究[D]. 刘胜春. 武汉理工大学. 2006
[3]. 光纤光栅智能材料、结构的研究与应用[D]. 符晶华. 武汉理工大学. 2006
[4]. 光纤光栅智能材料与结构理论和应用研究[D]. 梁磊. 武汉理工大学. 2005
[5]. 智能材料与结构发展现状浅析[J]. 高飞, 唐宁, 李晓. 建材发展导向. 2016
[6]. 基于光纤Bragg光栅传感技术的锚索预应力监测可行性研究[D]. 安新赞. 西安理工大学. 2017
[7]. 智能材料结构系统在土木工程中的应用[J]. 瞿伟廉, 李卓球, 姜德生, 官建国, 袁润章. 地震工程与工程振动. 1999
[8]. 结构振动半主动控制及其实用性研究[D]. 赵林. 天津大学. 2003
[9]. 光纤传感在桥梁健康监测系统中的应用研究[J]. 刘沐宇, 袁卫国. 中南公路工程. 2004
[10]. 斜拉桥索力自动监测系统研究[D]. 周燕其. 重庆交通大学. 2008