分布式光纤应变测试技术工程应用试验研究

分布式光纤应变测试技术作为近年来发展较快的测试技术之一,与传统应变测试方法相比具有分布式、测试距离长、防电磁干扰、防水性以及耐腐蚀性等诸多优点。通过试验验证了基于BOFDA原理的分布式光纤应变测试技术的测试精度,对其应用于实际工程进行了可行性研究。经过试验验证,试验测试结果精度较高,该技术可应用于实际工程,具有广阔的应用前景。     

燃气管道3PE防腐涂层剥离方法的探讨

探讨了3PE防腐涂层的机械式剥离方法及其操作流程。通过对埋地钢管外腐蚀成因和3PE防腐涂层缺陷的分析,提出了电化学防腐涂层剥离方法和已有大管径管道外防腐层剥离机小型化的建议。     

煤柱应力应变分布的光纤监测试验研究

为科学留设区段煤柱,基于光纤传感监测技术,从煤柱内部应力应变角度研究煤柱的合理尺寸及其稳定性。制作平面物理相似材料模型,通过3个工作面开挖形成2个区段煤柱,在煤柱内分别埋设5个光纤Bragg光栅传感器及分布式传感光纤,同时,在模型底板铺设60个压力传感器,监测煤柱内部应力应变变化。试验表明,煤柱内部垂直应变随工作面推进而增大,水平应变随工作面推进呈“马鞍形”分布;煤柱的破裂区宽度约为3～5 m,塑性区宽度约为5～8 m,弹性区宽度约为22～27 m;1^#区段煤柱和2^#区段煤柱一侧开采时,对应的应力集中系数分别为1.54和2.04;两侧均为采空区时,应力集中系数分别为1.99和2.18。光纤光栅监测结果揭示了煤柱内部应力应变规律,为煤柱稳定性实时监测提供了科学手段。     

基于大应变传感器的PE燃气管道安全监测系统

PE管道在实际工况中的应变可达10%以上,无法采用传统应变片、光纤等作为传感元件实时测量PE管道的应变。基于力学结构设计,研制出了一种无接触电阻式大应变传感器(简称大应变传感器)。介绍大应变传感器的结构与原理,通过试验进行大应变传感器性能测试与测量PE管道应变的可行性验证。设计了具备应变监测、定位、预警、数据分析管理等功能的管道安全监测系统(简称系统)。介绍系统框架,对系统进行试验测试,在300 m长PE燃气管道上进行了示范工程应用。系统测试和示范工程应用证明,该系统可以实现PE管道应变的有效监测,稳定性较好。     

分布式光纤混凝土梁应变测试研究

分布式光纤由于其长距离、分布式、实时在线监测,适用于大坝、水闸等土木工程结构的健康监测。文中在梁纵向钢筋、混凝土梁外表面分别布置分布式光纤传感器,判定混凝土梁开裂荷载及裂缝分布。研究结果表明:分布式光纤传感器能够对RC梁结构应变、裂缝进行准确的监测;分布式光纤传感器进行结构健康监测是可行的。     

混凝土内部应变分布式光纤实时检测方法及试验研究

布里渊散射光时域分析技术(BOTDA)是1种新型光电监测技术,可对沿光纤轴向的应变、温度进行分布式监测,并具有长距离、分布式、高精度和耐久性等特点,适用于结构的健康监测.系统介绍了基于BOTDA的混凝土内部分布式应变的检测方法,并通过试验研究标定了由气吹再灌浆技术铺设的埋入式传感光纤的工作性能,解决了工程应用中无法将长...     

钢质管道3层PE外防腐涂层的整体经济评价及3层PE的优势

本文从选择防腐涂层所应考虑的因素出发,评价了3层PE及常用防腐层的特性,并从技术上经济上阐述 了3层PE的优势。     

钢质管道3层PE外防腐涂层的整体经济评价及3层PE的优势

本文从选择防腐涂层所应考虑的因素出发,评价了3层PE及常用防腐层的特性,并从技术上经济上阐述了3层PE的优势。     

PPP-BOTDA监测钢筋混凝土结构分布式应变的试验

为了验证将PPP-BOTDA技术应用于桥梁、隧道等大型或大跨结构健康监测的可行性,试验研究了PPP-BOTDA在钢筋混凝土结构应变监测中的应用,实验结果表明,PPP-BOTDA检测的应变与应变片测量结果比较吻合,能够准确监测钢筋混凝土试验梁的应变,可以应用于大型或大跨结构的健康监测。     

结构裂缝的分布式光纤监测方法及试验研究

结构裂缝监测是评估结构安全性的重要依据之一,分布式光纤裂缝监测技术可有效避免点式检测空间不连续造成的漏检现象,且易于实现自动化监测。该文提出了布里渊光频域分析计(BOTDA)结合斜交光纤组的裂缝监测方法,通过几何分析得到了光纤应变和裂缝宽度及开展方向的理论模型,并采用标定试验建立了由光纤测试应变反算裂缝宽度及开展方向的数值方程。同时开展了光纤裂缝传感器标距和预拉力大小对测量精度影响的试验研究,并标定了300 mm标距的光纤裂缝传感器实测应变和裂缝宽度及夹角的定量关系。最后通过裂缝模拟试验对裂缝开展进行了跟踪监测,结果表明斜交光纤组能有效得到光纤与裂缝之间夹角值并实时监测裂缝宽度变化。     

设集气装置的天然气管道分布式光纤泄漏监测

采用分布式光纤温度传感器对天然气管道进行泄漏监测时,监测效果受空间分辨率的影响较大。提出设置集气装置的泄漏监测方案,进行试验测试。将集气装置和光纤温度传感器集成的泄漏监测方法,可在空间分辨率一定的条件下,改变泄漏气体的空间分布,以及与光纤的相对位置,从而提升监测效果和有效监测范围。     

分布式光纤传感器监测预应力锚索应力状态的试验研究

对预应力锚索应力分布状态的监测一直是岩土预应力锚固工程中的难题之一，而布里渊光时域反射计（BOTDR）光纤应变传感技术是一项新型光电监测技术，可对光纤及其附着支护表面的轴向应变实现分布式监测，因此研究如何将其应用于岩土工程预应力锚固体系的应力监测具有重要的理论意义与工程价值。分别对1根钢铰线锚索与3根基纶纤维增强复合塑料（AFRP）锚索进行了应力状态监测试验，分布式应变采样点最小间距为5cm。测试结果表明，分布式光纤传感器具有较高的测量精度，光纤传感器与应变计测量结果之间的相对误差小于3．8％。在张拉锚固阶段，1根钢铰线锚索的预应力损失为8．8％，3根AFRP锚索的预应力损失小于6．08％；30d后钢铰线锚索预应力损失为11．1％，AFRP锚索预应力损失小于10．3％。由此可见，将BOTDR分布式光纤传感技术应用于岩土工程预应力锚索的应力分布状态监测具有广阔的前景。     

分布式光纤监测混凝土梁的应变传递系数与布设工艺

分布式光纤由于其长距离、分布式、实时在线监测,适用于土木工程结构的健康监测。本文基于光频域反射技术(OFDR)的分布光纤技术在型钢构件和混凝土梁外表面分别布置光纤传感器及传统电阻应变片,验证光纤监测数据的有效性,探究钢梁表面光纤封装厚度对应变传递系数的影响及一种适合混凝土表面的光纤布设方式。试验结果表明：分布式光纤传感器能够对结构应变、损伤开裂进行准确的监测,可以有效弥补应变片易损及测试精度不足。在相同布设条件下,0.9 mm分布光纤与2 mm分布光纤在光滑的钢梁表面应变测试偏差率与理论计算应变传递系数差值基本符合。推荐的一种分布光纤表面粘贴布设方式可以弥补传统布设工艺的缺点,在小应变时测试更准确。     

隧道健康诊断BOTDR分布式光纤应变监测技术研究

布里渊散射光时域反射监测技术是一项新型的光电监测技术,它利用布里渊散射光的光谱技术和光时域测量技术,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测,并具有分布式、长距离、精度高和耐久性长等特点。首先介绍了该监测技术的原理和特点,并以南京市鼓楼隧道健康诊断为例,介绍了该技术应用于该隧道变形监测以及监测的方案,讨论了隧道内环境因素如温差和振动等对监测结果的影响,验证了监测系统的灵敏性,最后对隧道的变形监测结果进行了分析,给出了鼓楼隧道的健康诊断。研究成果表明:该技术应用在隧道安全监测和健康诊断中是十分可行的,也是十分有效的。     

地层塌陷作用下埋地管道光纤监测试验研究

目前,由于地层塌陷引起的埋地管道突发性事故时有发生,然而国内外关于这方面的研究相对滞后,尚无相关理论预测地面沉陷过程中管道及周边土体的受力变形规律。通过基于光纤布拉格光栅(FBG)的模型试验,研究了地层塌陷时管道的受力特征及土层的沉降分布规律,并推导提出了由光纤应变测值计算管道弯矩的方法。试验结果表明:①随着塌陷体积的增加,埋地管道呈现出顶底逐渐受压和侧边受拉的应变状态;②根据埋设在土体中的FBG应变读数可以将土体变形发展分为应力重分布阶段、土体蠕变压缩阶段和塌陷后的稳定阶段3个阶段;③地面沉降符合修正高斯分布曲线,在此基础上建立了光纤水平向应变与地面沉降变形之间的数学模型,并对比分析了理论计算值与试验值,发现二者具有良好的一致性。该研究为埋地管道安全性评估和灾变预警提供了一种新的思路和方法。     

基于分布式光纤传感技术的二维变形监测试验研究

科学合理的岩土体变形监测是岩土工程稳定性和安全性评价的重要指标,充分发挥分布式传感光纤测量技术特点,基于特殊设计的光纤变形试验装置,提出了一种基于分布式光纤传感技术的二维变形监测方法,开展了5类水平位移与沉降调节工况的传感光纤室内二维变形试验与2组堆石坝工程内部变形实测数据的模拟验证。研究结果表明5类试验工况下40组试验测得其水平位移和沉降绝对误差均小于1mm,该二维变形监测方法的变形监测性能优越。基于200m级坝高堆石坝实测水平位移、沉降数据开展的室内模拟试验,试验结果在曲线形式及量值上均与实测结果吻合度均较高,406 m长的测量断面以测点间距为3.3 m的准分布式监测,测点沉降测量误差为cm级,水平位移测量误差mm级;说明基于分布式传感光纤技术的二维变形监测方法,可满足岩土体变形监测需要,具备良好的应用前景。     

基于分布式光纤应变传感技术的改进共轭梁法监测结构变形分布研究

工程结构的变形分布是识别结构损伤累积的一个重要手段和指标,但通过现有各种"点式"传感技术还难以全面准确监测结构变形分布。本文基于PPP-BOTDA分布式应变测量技术,提出一种适用于监测简支结构和多跨连续结构变形分布的改进共轭梁法。首先针对传统共轭梁法无法监测由支座沉降产生结构变形的缺点进行改进,使之适用于荷载与支座沉降同时作用的情况。根据本文方法得到的结构变形分布与应变分布呈显式线性关系,与荷载及截面刚度条件无关。理论分析与试验结果均表明,由本文方法得到的某跨结构变形监测精度仅由该跨应变测量误差控制,与其它跨应变测量误差无关,这就限制了应变测量误差的影响范围并保证结构变形的准确监测。     

基于分布式光纤应变感测的边坡模型试验研究

 光纤传感是近年来发展起来的一种分布式监测技术,这种方法在边坡工程监测领域有着巨大的潜力和应用价值。提出一种通过监测坡体应变分布来实现边坡稳定性评估的新方法,通过一组边坡模型试验,采用布里渊光时域分析(BOTDA)技术,对坡顶加载过程中边坡模型不同深度处的水平向应变进行连续监测。试验结果表明：经过热缩管封装的直埋式紧套光纤适用于边坡应变分布的监测;铺设传感光纤时,在关键位置预留自由段可达到温度补偿和精确定位的双重效果;边坡滑裂面的位置可以通过对分布式应变监测数据的分析大致推算出来。通过分析试验中受荷边坡变形和稳定性状态的演化过程,证明最大水平向平均应变值和边坡安全系数具有一定的经验关系。该研究成果为边坡稳定性评估和滑坡预警提供一种新的思路和方法。     

供热管道应力分布式实时监测方法与原型试验

为了定量评估供热管道的结构安全,提出一种基于分布式光纤传感器的供热管道应力状态实时监测方法,介绍监测系统的实施方案。根据管道弯曲变形、热膨胀变形的力学机理及其与弯曲应力、轴向压应力的作用关系,建立利用应变监测数据提取轴向名义应变、轴向压应变,进而量化供热管道应力状态的理论基础。利用某直埋供热热水管段进行原型试验,对方法的有效性进行检验。原型试验表明:监测系统可实时获得工作管纵向应变曲线,提取轴向名义应变,实现供热管道锚固段、过渡段的识别。利用纵向应变、轴向名义应变以及运行温度、内压的监测数据,可以定量获得工作管弯曲应力、轴向压应力及环向应力。对监测数据的分析发现,当量应力的最大值可能出现在过渡段内,与工作管弯曲应力的分布有关。根据监测结果可实时评估供热管道结构安全,根据当前状态修正管道运行参数,弥补了现有监测手段难以真实反映供热管道应力状态的缺陷。