光纤布里渊与光栅共线技术及其在预应力损失监测中的应用

针对重大工程结构损伤的跨度大、隐蔽性高、随机性强、局部化突出等特性，充分发挥光纤布里渊的全尺度分布式传感和准分布式光纤光栅的高精度测试优点，研制同时兼顾全尺度定性、定位以及局部精细化定量监测的多功能复合共线传感技术及其智能传感网络系统；研制开发兼具受力与传感特性、集结构材料和功能材料于一体的纤维增强树脂-光纤光栅-光纤的复合共线智能探头。在此基础上，针对目前结构预应力损失缺乏长期监测手段的难题，将索式结构（包括钢绞线和拉索）与上述共线探头复合成智能结构部品，发展相应的预应力损失监测方法和技术，探讨结构预应力损失演化规律及其安全评定方法。最后，将上述技术应用于已经明确的实际工程，建立示范系统。.通过上述研究，研制一套集成光纤布里渊和光纤光栅的复合共线监测技术；发展一套索式结构预应力损失的监测方法和技术，揭示钢筋混凝土预应力结构和桥梁拉索结构预应力损失的长期演化规律。

针对重大工程结构损伤的跨度大、隐蔽性高、随机性强、局部化突出等特性，充分发挥光纤布里渊的全尺度分布式传感和准分布式光纤光栅的高精度测试优点，研制同时兼顾全尺度定性、定位以及局部精细化定量监测的多功能复合共线传感技术及其智能传感网络系统。研究了光栅参数、光源特征和集成方法对测试信号的影响，建立了二者信号互校验和温度互补偿技术。采用小波、洛伦兹回归等信号分析技术，研究了布里渊信号受局部光纤光栅和光纤焊点影响的分析处理方法，建立了布里渊和光栅共线技术温度互补偿方法。采用纤维增强树脂（FRP）复合上述共线元件，研制了兼具受力与传感特性、集结构材料和功能材料于一体的智能探头。考虑钢绞线和拉索等索式结构特征，研究了共线探头与索式结构的复合成型技术，研制开发了智能钢绞线和智能拉索部品，并通过系列实验，研究了智能部品的力学以及传感特性。研究了智能拉索的FRP 智能筋的布设工艺及其相应的监测方法和技术。考虑钢筋混凝土结构全寿命预应力损失监测的需要，研究了钢筋混凝土预应力结构的智能钢绞线布设工艺，从结构预应力损失产生机理和特性出发，建立了以光纤布里渊应变传感技术为主、以光纤布拉格光栅应变传感技术和力学传感器为合理补充的结构预应力损失全尺度监测方法和技术。在此基础上，考虑不同形式预应力结构的预应力损失监测需求，采用智能钢绞线对其预应力损失进行监测，研究了预应力损失的空间分布特性、时变规律以及探讨多因素耦合导致的演化规律；研究了不同损伤状态预应力混凝土梁的受力特征和预应力损失演化规律；采用预应力混凝土梁抗弯截面正应力分析，推导了预应力混凝土梁从施工到极限破坏各阶段结构预应力损失与结构抗力衰减的关系，研究了基于预应力损失指标的预应力混凝土梁安全评定方法，并应用于实际工程，验证了本项目研究成果的有效性。本项目成果为预应力混凝土结构和索体结构的安全评定提供了依据。