基于PPP-BOTDA分布式光纤传感技术的混凝土结构钢筋锈蚀损伤的试验研究

摘要

结构在设计使用期内，由于荷载作用、环境腐蚀、自然灾害等各种因素的影响，钢筋会发生不同程度的锈蚀，而钢筋对结构在强度、耐久性、阻止裂纹扩展等方面起着重要的作用，钢筋锈蚀会导致混凝土内部产生顺筋裂缝，大大降低结构的承载力和使用寿命。如果能在锈蚀早期就进行诊断、加固，就能大量节约后期维修成本，对延长混凝土结构的使用寿命，保证结构的使用安全具有重要意义。本文在综述了国内外有关混凝土结构中钢筋锈蚀监测的研究现状之后，提出引入先进的PPP-BOTDA光纤传感技术对钢筋混凝土结构的钢筋锈蚀进行监测。本文围绕这一主题展开了一系列的研究工作，具体如下:
　　 (1)简单介绍了钢筋锈蚀对混凝土构件产生的危害及巨大的经济损失，强调了监测混凝土内钢筋锈蚀的重要性和紧迫性，分析总结了现有的钢筋锈蚀监测方法，并指出了其存在的主要问题。
　　 (2)介绍了光纤的基本知识以及几种常用的分布式光纤传感技术的传感原理，通过分析比较选择了PPP-BOTDA分布式光纤传感器。着重分析了PPP-BOTDA的测量原理和影响其精度的主要因素等。
　　 (3)钢筋锈蚀会引起钢筋及其周围混凝土的应力-应变发生变化。基于这一事实，提出了通过监测钢筋及其混凝土应力应变的变化来监测钢筋锈蚀的方法，并给出了钢筋锈蚀识别的原理，为试验奠定了理论基础。
　　 (4)对局部锈蚀的钢筋混凝土构件进行了试验研究，应用PPP-BOTDA光纤传感器检测钢筋锈蚀的位置及程度，验证了用PPP-BOTDA监测钢筋锈蚀的可行性和有效性。
　　 (5)总结分析了现有锈蚀钢筋混凝土梁承载力的计算方法，提出了钢筋局部锈蚀混凝土梁的承载力计算公式，使这一研究成果能够更好的服务于工程实际。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 钢筋锈蚀问题的研究现状

1．3．1 混凝土中钢筋锈蚀的条件

1．3．2 造成钢筋锈蚀的主要原因

1．3．3 钢筋锈蚀的监测方法

1．4 本文的研究工作

第二章 基于PPP-BOTDA光纤传感技术的钢筋锈蚀监测的理论研究

2．1 概述

2．2 光纤简介

2．2．1 光纤基本结构

2．2．2 光纤分类

2．2．3 光纤基本的物理化学特性

2．2．4 光纤的力学性能

2．3 PPP-BOTDA的理论研究

2．3．1 基于布里渊散射的分布式光纤传感器

2．3．2 PPP-BOTDA的测量原理

2．3．3 PPP-BOTDA的测量精度的影响因素

2．3．4 NBX-7000的主要性能指标

2．4 钢筋锈蚀识别的理论研究

2．5 本章小结

第三章 基于PPP-BOTDA分布式光纤传感技术的钢筋锈蚀损伤的试验研究

3．1 概述

3．2 传感光纤铺设

3．3 钢筋的锈蚀试验研究

3．3．1 试验目的

3．3．2 试件设计

3．3．3 试件制作

3．3．4 试验过程

3．4 试验结果分析

3．5 本章小结

第四章 锈蚀钢筋混凝土受弯构件的承载力计算

4．1 概述

4．2 钢筋锈蚀后的的截面面积

4．3 钢筋锈蚀后的力学性能

4．4 钢筋锈蚀对粘结性能的影响

4．4．1 粘结力的组成和作用

4．4．2 影响粘结性能的因素

4．4．3 锈蚀钢筋混凝土构件的粘结性能退化

4．5 钢筋锈蚀对受弯构件承载力的影响

4．5．1 锈蚀钢筋混凝土梁的破坏模式

4．5．2 锈蚀钢筋混凝土梁承载力计算方法

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要研究结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间发表的论文