基于FBG传感技术的静压沉桩贯入特性测试研究

由于静压沉桩贯入机理复杂,桩端形式不同是引起静压沉桩贯入特性不同的主要原因之一,故提出了一种应用光纤光栅（fiber Bragg grating, 简称FBG）传感技术监测不同桩端形式静压沉桩贯入特性的新方法。将增敏微型光纤光栅传感器粘贴在开口桩内管外壁,外管外壁通过开槽预埋光纤光栅传感器,分别通过监测内管外壁和外管外壁的竖向变形来分析静压沉桩贯入特性。通过在桩顶和桩端分别安装双模式温度自补偿型光纤光栅土压力传感器和全截面动态轮辐压力传感器的对比分析,说明了该方法适用于开闭口桩静压沉桩测试,为光纤传感技术在岩土工程中的广泛应用提供了新思路。     

基于FBG传感技术的砂土中管桩土塞效应测试

为了探索光纤光栅传感技术在双壁开口管桩贯入过程中土塞效应的适用性,采用增敏微型光纤光栅传感器,在大尺寸模型试验箱中进行了静力压桩下双壁开口模型管桩的土塞效应测试。试验模型管桩高为1 065mm,厚度为20mm,模型材料选用铝管,管桩贯入到密实状态的砂土中。沿内、外管对称布置26个光纤光栅测点,通过改变桩靴形式,采集贯入过程土塞高度和应变数据,分析了不同桩靴形式下管桩的土塞高度、桩内和外侧摩阻力等贯入特性,研究了静压作用下管桩的土塞效应。结果表明,光纤光栅适用于双壁开口管桩的土塞效应测试要求,能准确体现管桩的应变大小及桩内、外侧摩阻力等贯入特性。     

静压桩贯入及加载过程桩土界面受力特性研究

通过在桩身表面安装微型硅压阻式压力传感器测得桩土界面孔压增量和径向应力,研究静压桩桩土界面的受力特性。针对双壁开口和闭口模型管桩,采用桩身开孔嵌入套筒式安装方法,通过全方面监测静压沉桩、超孔压消散及加载阶段受力特性,进行了开口和闭口静压桩贯入及加载全过程的受力特性室内模型对比试验。试验结果表明:同一入土深度处,开口和闭口静压桩桩土界面总径向应力均随着h/L(h为传感器距离桩端的高度;L为桩长)的增加而越小;不同桩端形式下超孔压消散期在不同h/L位置处沉桩阶段与沉桩结束后的有效径向应力之比均在0.6±0.1;桩土界面总径向应力的变化值在桩端位移达到1.0 mm左右时发生突变,加载结束后,同一深度处桩土界面总径向应力变化值随着h/L的增加而减小。该研究结果对于静压桩施工和设计具有工程参考价值。     

基于桥梁结构的FBG传感器温度与应变交叉敏感问题的研究

对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在桥梁结构健康监测中产生的温度与应变交叉敏感问题进行了研究。采用参考光纤光栅法在应变传感光纤光栅附近额外加入一个温度测量光纤光栅,对应变光栅实现温度补偿功能。设计了基于参考光纤光栅法的FBG传感器及FBG传感器封装的机械结构,并通过实验来验证FBG传感器的性能。实验数据表明,温度传感光纤光栅几乎不受应变的影响,应变传感光栅的中心波长变化与温度变化呈一阶线性关系,修正后的测量结果更加精确,达到了双参数同时测量的目的,应变与布拉格波长的线性关系非常好,相关系数达到0.99以上。参考光纤光栅法能够很好地解决FBG传感器温度与应变交叉敏感的问题。     

光纤光栅传感网络应用于环氧树脂固化过程监测的试验研究

光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器由于体积小、信号稳定、与复合材料的相容性好等优点,近年来成为监测复合材料固化过程的首选传感器.本文根据FBG传感器的波分复用技术,形成FBG传感器网络,将该传感网络埋入环氧树脂中,实现了对环氧树脂基板固化过程中树脂温度和残余应变的变化情况的监测,为利用FBG传感网络监测复合材料固化过程提供重要的实验基础.     

基于光纤布拉格光栅的玄武岩纤维智能片材研究

提出了一种掺入光纤布拉格光栅(fiber bragg grating,FBG)的玄武岩纤维增强塑料(basalt fiber reinforced plastics,BFRP)智能片材,将其作为传感器用于混凝土结构应变监测。将FBG掺入BFRP可实现对FBG良好保护,改善FBG传感性能。提出了FBG-BFRP智能片材的制备方法,测试并分析了FBG-BFRP智能片材的传感特性,证明FBG-BFRP智能片材具有较好的传感性能。     

埋入式FBG应变传感器的设计及其传感特性研究

光纤Bragg光栅是一种性能优良的敏感元件,利用其研制出了基于碳纤维复合材料(CFRP)封装的用于测量混凝土内部应变的FBG应变传感器.同时分析了传感器轴向应变分布与结构参数的关系.通过等强度梁上的校准试验,得到了传感器的静态性能指标;通过霍普金森压杆上的冲击试验研究了传感器的动态响应特性,试验表明:FBG应变传感的器线性度≤1%,埋入混凝土结构内的光纤光栅传感器能够真实的响应混凝土内的应变值,因此传感器可用于实际工程中混凝土结构内静态和动态应变的测试.     

预应力混凝土管桩桩长对其承载性能的影响分析

预应力混凝土管桩作为土木工程的重要基础结构元素,在各类工程中扮演着关键的角色。桩长作为一个重要参数,直接影响到管桩的承载性能、变形性能以及整体工程经济性。以某西南环A5标段项目为研究背景,通过现场的四组长短桩的载荷试验,从桩侧摩阻力、桩端阻力、侧摩阻力与端阻力的荷载分担比例等角度,分析预应力混凝土管桩桩长对其承载性能的影响。     

光纤光栅传感技术监测混凝土冻融残余应变

基于光纤光栅(FBG)传感技术设计一种用于监测混凝土冻融损伤应变的监测手段。首先阐述了光纤光栅传感技术的基本原理,然后通过实验验证该监测手段的合理性,并针对此监测结果,从残余变形这一角度分析混凝土在冻融循环作用下的损伤机理。研究表明,混凝土基体在冻融循环作用下会产生不可恢复的残余应变,且残余应变随冻融循环作用次数的增加而增大,采用光纤光栅传感技术能够有效监测此混凝土冻融循环过程及残余变形。     

基于FBG传感技术的立管涡激振动过程分析

为深入研究光纤光栅传感技术在海洋立管涡激振动测试中的适用性,在风-浪-流联合水槽中进行均匀来流下立管涡激振动试验。数据测试采用光纤光栅传感器,同时采用动态电阻传感器作为对比。通过改变多级外流流速,对比分析基于两种传感技术的立管涡激振动过程差异。同时基于光纤光栅传感技术采集应变数据并结合频谱分析及模态理论,研究立管振动的主导频率、幅值及模态响应等振动特性。研究结果表明,光纤光栅传感技术对海洋立管的涡激振动测试性能优越,能够准确体现立管的应变时程、振幅以及主导频率等振动特性,清晰反映伴随流速进程的立管模态特征及涡激振动过程,同时由模态响应和涡激振动过程分析发现立管锁频区间的产生具有瞬时性及自激性规律,这对海洋立管的模型试验与工程设计具有较大的参考价值。     

Monitoring and analysis of PHC pipe piles under hydraulic jacking using FBG sensing technology

Pretensioned high-strength concrete (PHC) pipe piles have been widely used for geotechnical engineering such as foundation engineering, slope engineering, highway engineering. To study the performance of a PHC pipe pile under hydraulic jacking, the monitoring of the strain profile along the PHC pipe pile under hydraulic jacking was carried out using FBG sensing technology. In this study, a PHC pipe pile was instrumented with two series of fiber Bragg grating (FBG) sensors along pile axial direction and was then installed in the field using a hydraulic jacking method. To monitor the variation of strains along a PHC pile, two series of eight FBG strain sensors with different peak wavelengths were mounted on opposite sides of the pile with one meter spacing. In addition, based on the pile theory, both the axial force of the pile and average shear stress on the pile surface are calculated using the measured axial strains. It is found that there were significant residual strains in the piles after installation when hydraulic force was removed. This study confirms that the fiber Bragg grating (FBG) sensors are suitable for monitoring strain distribution along a pile under hydraulic jacking.     

基于VI技术的光纤光栅应变测试系统的研究

传感器、通信和计算机技术成为现代信息技术的三大支柱，光纤传感技术则代表了新一代传感器的发展趋势。笔者分析了布拉格光纤光栅应变传感器的基本原理，结合计算机VI技术，设计了一种光纤光栅应变测试系统，并与电阻式应变传感器进行了应变对比测试实验。实验结果表明，该系统不但具有传统电测法的优点，同时具有灵敏度高、抗干扰性强的特点，可用于金属结构健康状态的在线监测，在工程实际应用中具有重要意义。     

光纤Bragg光栅靶式流量传感器设计

基于工业流体流量测量技术、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感检测技术与靶式流量计原理,针对单个光纤Bragg光栅传感系统对温度交叉敏感的问题,设计并且制作了一种基于双光纤Bragg光栅流量传感器。该传感器采用靶盘结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的受力元件,对温度起到了补偿作用,并且有效地提高了应变测量灵敏度。实验表明,该流量传感器的线性误差为0.31%。     

基于FBG传感技术的深海立管涡激振动测试研究

为了探索光纤光栅传感技术在深海立管振动测试中的适用性,采用光纤光栅应变传感器,在大型波流耦合试验水池中进行了阶段流作用下大长细比深海立管的涡激振动测试。试验立管模型长为6.2 m,长细比为310,模型材料采用铜管,立管上部1.2 m处于均匀稳定的流场中,下部5.0 m处于静水之中。沿立管长度四面对称布置48个光栅测点,通过改变外流流速、内流流速和初始顶张力等影响因素,采集应变数据并结合模态分析理论,分析了不同工况下立管的振动频率、幅值及模态等振动特性,研究了阶段流作用下立管的涡激振动规律。结果表明,光纤光栅传感技术能很好地满足大长细比深海立管的涡激振动测试要求,能准确体现立管的应变时程、振幅和频率等振动特性,清晰反映出在不同外流速下立管振动的多模态特征及每阶主导频率下的锁振区间。     

桩基础施工新技术专题讲座（二十）静压沉管灌注桩和静压沉管扩底灌注桩（下）

静压（振动）沉管扩底灌注桩适用范围静压（振动）沉管扩底灌注桩适用范围大体上与夯扩桩或锤击振动沉管扩底桩相同。施工机械与设备静压沉管机在我国尚无标准设备,均是利用一般振动沉拔桩机加以改装而成。静压沉管扩底灌注桩是借助于桩架自重和配重通过卷扬机和滑轮组加压于桩管顶部,将桩管徐徐压入土中。桩架行走方式可以是滚管式,但多数为轨道式,以减少移动摩擦力。     

桩基础施工新技术专题讲座（二十）静压沉管灌注桩和静压沉管扩底灌注桩（上）

沉管（扩底）灌注桩分类沉管（扩底）灌注桩属于挤土灌注桩,其分类如图1所示。普通沉管夯扩桩、全夯式沉管夯扩桩及载体桩的基本原理、优缺点、适用范围、施工机械与设备、施工程序、施工特点、施工要点及施工注意事项分别在本讲座第十三讲、第十六讲和第八讲做出阐述。     

Bragg光纤传感技术应用研究

分析了光纤光栅传感器的工作原理,介绍了成栅技术及应用前景,提出了在应用光纤光栅传感技术时解决温度、应力交叉敏感等问题的新方法.研究结果对Bragg 光纤传感器在工程技术领域具有一定的应用价值.     

用于复合材料蒙皮的FBG正交传感网络研究

为了实现对复合材料蒙皮的结构健康监测与损伤识别,本文在对光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器理论分析的基础上,结合CFRP材料特性和波分复用技术设计了一种由16个FBG传感器构成的光纤光栅正交传感网络布局,对碳纤维复合材料(CFRP)蒙皮进行相关准分布式传感网络研究。通过对复合材料中心位置进行逐级加载实验,并提取中心波长漂移量做相关性分析,证明了正交对称FBG传感网络对CFRP蒙皮进行结构健康监测的可行性,同时对称布局位置处的FBG传感器信号具有高度相关性质,相关系数可高达0.9996。实验结果为进一步研究准分布式FBG网络的位置布局优化以及传感网络的可靠性冗余设计提供了依据。     

轧管机万向联轴器受力分析与扭矩测试

以有限元软件ANSYS为基础,对万向联轴器进行了强度、刚度分析,得出万向联轴器的轴颈和十字轴根部两处应力最大的结论,对此两位置采用焊接型电阻应变片技术设置应力测点,从而对结构复杂的万向联轴器进行扭矩测试。