基于光纤光栅传感原理的钢筋混凝土梁内部钢筋锈蚀检测方法研究
钢筋混凝土结构内部钢筋发生锈蚀情况是严重影响结构耐久性的重要成因,由于内部锈蚀的发生会造成整体结构承载能力下降、可靠性大幅缩水,往往会由于对钢筋锈蚀程度把握不准,过早地拆除或者大量材料的堆积,造成了不必要的成本增加和资源浪费。在钢筋混凝土结构生命周期内,如果能够有一种对钢筋混凝土结构的锈蚀程度的实时检测,就有着相当重要的实际意义。本文主要针对FBG传感器对RC梁检测方法进行了研究,并对无锈蚀及不同锈蚀程度的RC梁的力学性能进行了仿真和预测。本文主要做了以下工作:（1）第一章综合国内外以往研究,阐述了目前钢筋混凝土结构因为锈蚀而带来的巨大损失和当前对其进行研究的必要性,然后从氯离子侵蚀、混凝土碳化两方面解释了锈蚀发生的原因,并对锈蚀后的钢筋的力学性能做出了明确地分析;阐述了钢筋混凝土结构仿真的研究进展,并介绍了FBG传感器结构的研究进展状况;最后阐述了本文的研究过程和主要方法。（2）第二章通过研读大量的文献论文,首先对FBG传感器的结构进行了分解,从计算公式和光学折射原理上对光纤光栅的检测原理进行了剖析;并根据熟知的力学加载试验,对预先埋设好FBG应变传感器的钢筋混凝土梁进行力学加载,采集RC梁力学加载试验下时间与载荷、位移与载荷的关系变化情况,由此验证了FBG应变传感器在监测钢筋锈蚀上的准确性。（3）第三章首先阐述了对经典的数值分析方法:有限元法、有限差分法、有限体积法三种方法的优劣点的认知,然后针对非线性中的屈服、流动和强化现象的特点以及几何非线性、材料非线性两种非线性理论的区别进行了深入学习,并对本论文在数值模拟中应用到的单元、网格划分、收敛设置等方面问题做出了细致地剖析。（4）第四章首先介绍了ANSYS中建立RC梁的过程,包括材料属性、网格划分和边界条件等,并针对第二章中试验部分里的RC梁进行仿真,模拟试验加载过程,得到了整个加载过程中光纤应变随位移载荷、力载荷变化的曲线。并将仿真结果与试验结果进行对比,通过对比验证了仿真手段的准确性与适用性,同时也证明了通过FBG应变传感器监测RC梁钢筋损伤与锈蚀情况是可行的,为第五章仿真做铺垫。（5）第五章以FBG应变传感器监测无锈蚀RC梁力学加载试验和模拟仿真为基础,对8组FBG应变传感器监测不同锈蚀程度下RC梁的试验进行了仿真预测。首先分析了不同锈蚀程度下的RC梁的承载能力,然后从数值计算、均方差等方面对其进行了分类、数据分析。最后再对8组不同的数据进行了光栅测量应变的误差分析,并在误差可接受的范围内,构建了光纤应变与钢筋锈蚀程度的关系表达式,并对其进行数据验证,验证结果表明:光纤监测钢筋锈蚀程度的精确度可达到92.1%左右,精确度高,公式拟合效果较好。
- 作者：
- 吴晓东
- 学位授予单位：
- 鲁东大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2019年
- 导师姓名：
- 宋军；张国建
- 中图分类号：
- TP212；TU375.1
- 关键词：
- RC梁；钢筋锈蚀；FBG应变传感器；仿真
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