基于FBG的装配式智能框架结构的应变监测系统与智能部品自监测试验研究

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装配式结构是土木工程传统建造方式的升级,能够在新时代建筑业焕发“工业化”新生命。但结构在施工在施工和长期服役等期间会面临“强风”、“强震”、“自然风雪”等恶劣服役环境或自然综合灾害因素作用,加之伴随时间导致材料的退化,其结构不可避免地产生性能劣化。通过赋予构件、结构特定智能和感知特征,有望解决重大工程结构服役期间的安全评定等问题,成为保障装配式结构工程安全的重要途径。本文基于建筑工业化的需求,搭建了装配式框架结构的光纤智能化系统和结构应变监测体系,研发了系列相关装配式光纤智能部品。围绕基于OFBG的装配式智能框架结构体系、装配式智能框架柱的监测试验等方面进行了相关理论与性能试验研究。现将本文所做的主要工作和研究成果总结如下:(1)利用Midas-Gen有限元软件建立传统现浇钢筋混凝土框架结构整体模型算例,基于多种荷载组合对现浇框架结构进行静力分析,得到结构的应力热区和薄弱部位,为结构健康监测的应变传感器的布设提供一定理论依据。并以其中1榀框架为例,搭建结构应变监测系统,总结归纳了装配式构件、结构智能化的相关原则,为后续构件、结构智能化提供一定的参考与设计依据。(2)根据“等同现浇”的设计理论与装配式结构相关规范,确定结构的拆分方案,明确各预制构件单元。结合搭建的结构应变监测系统,在预制构件单元在生产过程中提前埋入智能传感元件,使其构件兼具“受力”和“智能传感”两种属性。(3)明确了各装配式预制构件的智能化途径,提出了装配式智能构件的设计、制备、布设及施工等工艺。传感部品选用端部扩径、内部埋入式光纤光栅传感器,实现对构件自身内部真实性能特征的把控,能够有效保证传感系统的传感系统的长期性能,具备施工便捷、存活率高、耐久性能高等特点。(4)根据装配式混凝土框架柱的真实受力特征,探索了装配式智能构件的适用性。对装配式智能框架柱进行拟静力低周往复循环加载试验研究。试验结果表明,智能框架柱能够准确提取其自身的关键性能指标,识别出混凝土开裂、钢筋屈服等关键损伤信息,验证此类装配式智能构件具有“自监测”、“自传感”的性能。在智能构件还原到真实结构中,满足装配式预制构件在生产、施工及长期服役期间对自身长期监测的性能需求。
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