分布式光纤传感在铺装裂缝监测中的应用研究

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裂缝是工程结构的常见病害,也是一种后果严重的病害。裂缝在道路工程中的危害也十分的严重,在钢桥面铺装中裂缝的病害表现的尤为突出。国内外的研究人员都着重于铺装材料、裂缝处置等的研究。本文基于国家自然科学基金“基于分布式光纤传感器的钢桥面铺装裂缝扩展模型研究”(基金编号:50658001)项目,以铺装裂缝监测为研究对象,以分布式光纤传感为技术手段,分析对比主要分布式光纤传感技术的特点,选择BOTDA作为技术手段,研究了BOTDA的应变、温度传感性能,提出了监测裂缝宽度的方法,并应用于现场试验验证。 基于对光纤损耗与分布式光纤传感关系的分析,对比FBG、BOTDR、OTDR、BOTDA分布式光纤传感的特点;结合钢桥铺装裂缝病害的特点,选择BOTDA作为铺装裂缝监测技术,并确定了光纤的埋设方式。 进行了传感光纤的材料性质试验,如抗拉强度、断裂延伸率。根据光纤传感技术特点,确定光纤模式、光纤连接方式等,并进行光纤传感应用。进行了BOTDA光纤传感系统的应变、温度传感试验,得到了所用光纤的应变和温度一布里渊频移系数,结果是线性的。本文首次将光纤粘贴于环氧沥青混凝土表面,得到温度-布里渊频移系数为2.33~2.43MHz/℃。 进行了传感光纤的温度、压力耐受试验,光纤满足路面使用要求;研究了空间分辨率、空间采样间隔的影响,得到了裂缝宽度与布里渊频率漂移的对应关系,得出紧套光纤的裂缝感知精度为0.1mm,裸光纤的裂缝感知精度为0.03mm。最后,进行光纤裂缝埋设的现场试验验证,测得路面的温度变化、残余变形、路面裂缝,与实际情况相符。 本文的研究为钢桥面铺装分布式光纤监测提供了理论基础,对钢桥面铺装早期裂缝等的监测,将能有效维护钢桥面铺装,改善铺装的使用性能,延长使用寿命。
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