【摘要】：自上世紀(jì)光纖光柵發(fā)明已來(lái),光纖光柵傳感器已取得飛速發(fā)展,逐漸成為結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域炙手可熱的方法之一。伴隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,以及十三五規(guī)劃明確提出將重點(diǎn)投資基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域,光纖光柵在民用建筑和軌道交通領(lǐng)域?qū)?huì)迎來(lái)更廣闊的應(yīng)用前景。然而,如何突破傳統(tǒng)分布式光纖光柵監(jiān)測(cè)方法,設(shè)計(jì)一種新型多維光纖光柵傳感器,并利用其對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè),成為該領(lǐng)域的重要研究課題。本文對(duì)光纖光柵傳感及監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究,并設(shè)計(jì)開發(fā)了一種新型的三維光纖光柵傳感器,提出了基于新型光纖光柵傳感器的監(jiān)測(cè)方案,同時(shí)設(shè)計(jì)有關(guān)實(shí)驗(yàn),測(cè)得了傳感器的相關(guān)性能指標(biāo),對(duì)其在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行合理展望。主要內(nèi)容和研究成果如下:首先介紹了光纖光柵的相關(guān)原理和光纖光柵傳感器的分類,對(duì)主流的光纖光柵傳感器應(yīng)用現(xiàn)狀以及國(guó)內(nèi)外光纖光柵研究和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析和探討,了解到對(duì)于三維光纖光柵傳感器的研究依舊處于相對(duì)空白的領(lǐng)域。對(duì)現(xiàn)階段常用的封裝方法進(jìn)行了探討并得出結(jié)論,設(shè)計(jì)該款新型三維光纖光柵傳感器具有較大的理論及工程應(yīng)用價(jià)值。其次,設(shè)計(jì)了一種新型的三維光纖光柵傳感器,包括基體模型的設(shè)計(jì)和光纖光柵應(yīng)變片的設(shè)計(jì)。該款新型傳感器能夠?qū)θS空間進(jìn)行有效測(cè)量,大大拓展了光纖光柵傳感器的應(yīng)用范圍。同時(shí)利用實(shí)驗(yàn)室已有的光纖光柵監(jiān)測(cè)設(shè)備及傳感器加載裝置,搭建了一套光纖光柵傳感監(jiān)測(cè)平臺(tái),并以此為基礎(chǔ)對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定加載實(shí)驗(yàn),同時(shí)利用ANSYS等相關(guān)軟件對(duì)傳感器進(jìn)行受力模擬,得出應(yīng)變圖。標(biāo)定公式的推導(dǎo)及利用搭建系統(tǒng)對(duì)光纖光柵傳感器的實(shí)驗(yàn)也是本文的研究重點(diǎn)之一,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了該三維光纖光柵傳感器的良好線性度,具有較好的實(shí)用價(jià)值。最后,對(duì)該款新型光纖光柵三維傳感器在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。該三維傳感器優(yōu)先應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)中,如鋼桁架及框架結(jié)構(gòu)等;在大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁及發(fā)射塔中,該三維傳感器同樣能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)�？傊�,該款新型三維光纖光柵傳感器的設(shè)計(jì)和開發(fā),為建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)提供了一種使用高效的方法,有助于更好的利用光纖光柵傳感器監(jiān)測(cè)多維空間。
【圖文】：

十三五規(guī)劃國(guó)家明確提出將重點(diǎn)投資基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域，民用建筑和軌道交通將成為新型材料尤其是鋼材的重要消耗領(lǐng)域。以鋼結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料為代表的新型材料已經(jīng)逐漸替代傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)，如圖1-2，成為建筑工程尤其是高層建筑中的關(guān)鍵材料。自北京奧運(yùn)會(huì)以來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)建筑尤其是大型鋼結(jié)構(gòu)建筑數(shù)量迅速增長(zhǎng)，這些新型鋼結(jié)構(gòu)建筑不僅設(shè)計(jì)科學(xué)、造型美觀，更具有極好的承載、抗震能力，引領(lǐng)了建筑界的一股新潮。圖1-2 首都主要新興鋼結(jié)構(gòu)建筑Fig.1-2 Major emerging capital steel structure building鋼結(jié)構(gòu)性能及使用率都取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，而其存在的安全隱患也是制約鋼結(jié)構(gòu)建筑使用壽命的關(guān)鍵問(wèn)題之一。大型鋼結(jié)構(gòu)建筑防災(zāi)減災(zāi)都會(huì)考慮結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題，結(jié)構(gòu)應(yīng)變成為評(píng)價(jià)建筑結(jié)構(gòu)健康與安全與否的首要環(huán)節(jié)之一。對(duì)既有鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的問(wèn)題，利于本文及時(shí)提出解決方案

成為困擾工程界的重要課題。由于施工工藝和流程的不完備，以及建筑工人可能出現(xiàn)的操作失誤，鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的問(wèn)題屢見不鮮，如圖1-3，這從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明鋼結(jié)構(gòu)即使擁有傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)不存在的優(yōu)勢(shì)，其自身的安全性能仍然是本文需要重點(diǎn)關(guān)注的難點(diǎn)和重點(diǎn)。圖1-3為鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)存在問(wèn)題的現(xiàn)場(chǎng)圖。圖 1-3 鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中發(fā)生的節(jié)點(diǎn)破壞Fig.1-3 Node failure process of Steel structure construction由于自然因素和突發(fā)事故的影響，建筑結(jié)構(gòu)都會(huì)發(fā)生較大損傷或變形，因此建筑結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為建筑界乃至整個(gè)社會(huì)關(guān)注的重要課題之一。傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)不能滿足大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，，而針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)和新型復(fù)合材料構(gòu)件，其發(fā)生破壞時(shí)已不再是傳統(tǒng)混凝土的軸向拉壓，存在扭曲、翻轉(zhuǎn)等復(fù)雜空間變形，如圖1-4。傳統(tǒng)的分布式光纖光柵傳感器很難實(shí)現(xiàn)對(duì)空間的測(cè)量，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性、精確性的要求
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU317;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2537681