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螺旋耦合预压的大量程FBG传感技术及其对钢绞线全寿命的监测
结题报告
批准号:
51768014
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
39.0 万元
负责人:
覃荷瑛
依托单位:
学科分类:
E0806.工程建造与服役
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱万旭、罗伯光、李丽、孟庆鹏、张贺丽、沈全喜、钟英杰、王逸飞、李秦
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中文摘要
光纤光栅(FBG)传感器具有体小、质轻、灵敏度高、数字化及分布式等诸多优点,非常适合对各种结构用钢绞线的受力监测。然而FBG监测量程小,抗疲劳不足等问题悬而未决。本项目拟以钢绞线全寿命的大应变及疲劳应变FBG监测为目标;提出螺旋凹槽耦合预压粘贴FBG的方法,以提高钢绞线中FBG监测量程及抗疲劳性能;基于剪滞理论、应变传递机制及预应力原理,研究该方法下粘贴材料、粘贴层尺寸、螺旋凹槽角度及预压应力大小等因素对应变传递的影响规律,揭示FBG监测量程扩大和抗疲劳性能增强的机理;利用有限元数值分析,研究螺旋凹槽对钢绞线静力与疲劳性的影响;在理论和有限元分析指导下,研制智能钢绞线并进行静力和疲劳试验。理论、有限元与试验数据相互验证和校正,建立螺旋耦合预压式粘贴型FBG大应变及疲劳应变监理论模型,确立钢绞线应变与FBG波长变化的数学关系,形成钢绞线全寿命的FBG监测技术,以推动其高端智能化的工程应用。
英文摘要
Fiber Bragg grating (FBG) sensor has many advantages, such as small volume, light weight, high sensitivity, digitization and distribution, which is very suitable for the strain monitoring of the steel strand of various structures. However, some problems such as small monitoring range, insufficient fatigue resistance remain to be unresolved. The aim of this project is to monitor the large strain and fatigue strain in the whole life of the steel using FBG sensor. the method of coupling prepressing-paste FBG and spiral groove is put forward to improve the monitoring range and fatigue resistance performance of FBG. Based on shear-lag theory, strain transfer mechanism and the influence of prestress, the law of the influence of the adhesive material, the thickness of the adhesive layer, the angle of the spiral groove and the size of the pre stress on the strain transfer is investigate under this method, to reveal the mechanism of FBG sensor monitoring range expansion and fatigue resistance performance enhancement. Finite element analysis is used to study the effect of spiral groove on the static and fatigue properties of steel strand. Afterwards, the intelligent steel strand is developed and the static and fatigue tests are carried out under the guidance of the theory and the finite element analysis. By means of mutual verification and correction of theory, finite element and test data, Large strain and fatigue strain monitoring model of spiral coupled with prepressing-paste type FBG are established and the mathematical relationships between the strain of steel strand and the wavelength of FBG sensor are built. Finally, the perfect technology of FBG sensor monitoring the stress state of steel strand in its whole life cycle is formed, which can promote the high quality and intelligent engineering application of the steel strand.
本项目利用光纤光栅(FBG)传感器体小质轻、灵敏度高、数字化及分布式等优点,同时针对其对钢绞线施工和服役全寿命过程监测中量程不足、疲劳性能不够、封装困难等难题,提出了“在钢绞线中心丝上设置凹槽并在中心丝持荷状态下粘贴光纤光栅” 的方法,将FBG传感器耦合于钢绞线中心线凹槽中,形成FBG自感知钢绞线,并研究了FBG自感知钢绞线的大应变及疲劳应变FBG监测性能。首先基于剪滞理论、应变传递机制及预应力原理,研究了FBG自感知钢绞线的粘贴材料、粘贴层尺寸及预压应力大小等因素对应变传递的影响规律,揭示了FBG监测量程扩大和抗疲劳性能增强的机理;在理论指导下,研制了具有不同参数的凹槽预压式粘贴型光纤光栅自感知钢绞线,并对其进行静力和疲劳性能试验,获得了试验数据,试验分析了粘贴层尺寸、粘贴材料以及预压应力值大小对光纤光栅与钢绞线基体应变传递、 监测量程及疲劳性能的影响规律;理论和试验数据相互验证和校正,建立了凹槽预压式粘贴型FBG大应变及疲劳应变监理论模型,确立了FBG自感知钢绞线的应变与FBG波长变化的数学关系,形成钢绞线全寿命的FBG监测技术,并将此技术进行了部分工程试点应用,应用效果良好,具有较好的应用前景。
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DOI:--
发表时间:2020
期刊:铁道建筑
影响因子:--
作者:覃荷瑛;汪文琪
通讯作者:汪文琪
DOI:--
发表时间:2020
期刊:铁道建筑
影响因子:--
作者:虞爱平;李俊宏;覃荷瑛
通讯作者:覃荷瑛
DOI:10.11717/j.issn:2095-1922.2020.04.06
发表时间:2020
期刊:沈阳建筑大学学报. 自然科学版
影响因子:--
作者:覃荷瑛;汪文琪
通讯作者:汪文琪
Monitoring of prestress and bond stress of self-sensing FBG steel strand
自感FBG钢绞线预应力和粘结应力监测
DOI:10.1016/j.measurement.2021.109246
发表时间:2021-03-19
期刊:MEASUREMENT
影响因子:5.6
作者:Zhu,Wanxu;Shen,Quanxi;Qin,Heying
通讯作者:Qin,Heying
Long-Term Monitoring Reliability and Life Prediction of Fiber Bragg Grating-Based Self-Sensing Steel Strands
基于光纤布拉格光栅的自传感钢绞线的长期监测可靠性和寿命预测
DOI:10.1155/2020/7687039
发表时间:2020-10
期刊:Advances in Civil Engineering
影响因子:1.8
作者:Heying Qin;Quanxi Shen;Jinping Ou;Wanxu Zhu
通讯作者:Wanxu Zhu
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