邓朗妮,廖羚等:基于长标距光纤光栅传感技术的智能碳纤维筋性能研究

文摘   科学   2024-09-06 10:42   湖南  
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研究亮点

光纤光栅(FBG)传感技术以其抗干扰、传感与传输一体化等优点,成为CFRP拉索智能监测重点研究方向之一。然而,传统CFRP拉索智能监测属于点式或局部传感,难以满足服役全时感知及高量程监测需求。因此,提出将长标距FBG传感技术与螺旋倾斜式技术复合,研制一种智能CFRP筋,并通过循环静力拉伸、低周疲劳(高应力状态下)与极限静力拉伸试验,探究各试验条件下智能CFRP筋的力学及传感性能和试验后性能损失情况。试验结果可为CFRP拉索智能监测的理论设计和研究提供重要的依据


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研究方案
2.1理论基础及试验设计

图1  智能CFRP筋构造形式

图2  试验加载装置

2.2循环静力拉伸试验下智能CFRP筋的性能研究

(a) C15A1H15;(b) C15A1H42
图3  FBG波长变化量与智能CFRP筋轴向应变关系

(a) C15A1H15;(b) C15A1H42
图4  智能CFRP筋应变监测值与拉伸荷载关系

2.3低周疲劳试验下智能CFRP筋的性能研究

(a) C15B1;(b) C15B2;(c) C15A3
图5  低周疲劳试验应变监测值

2.4智能CFRP筋试验后性能研究

图6  极限静力拉伸试验装置


图7  智能CFRP筋破坏形态

图8  应变-荷载曲线

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研究结论

1)智能CFRP筋在3次循环静力拉伸试验中,FBG波长变化量和智能CFRP筋轴向应变的线性度均在0.99以上,应变灵敏度实测与理论误差在7%左右,FBG迟滞<1.4%、重复性<1.3%、线性度<2.3%、总精度<2.6%,说明智能CFRP筋良好的应变传感性能及可重复性

2)智能CFRP筋在低周疲劳试验中,应变片监测值与理论疲劳应变上限较为接近,且稳定于较小的变化范围内,与理论疲劳应变下限相差很大,不适用于智能CFRP筋轴向动应变的监测,而FBG监测值与理论疲劳应变上下限具有较好的吻合性,在智能CFRP筋轴向动应变的监测中表现出优异性能

3)智能CFRP筋在极限静力拉伸试验中,经过3次循环静力拉伸和低周疲劳试验后,FBG性能受影响较小,主要由于智能CFRP筋筋体材料性能的损伤导致筋体极限应变增大,使得监测效率有所降低

4)长标距FBG传感技术与螺旋倾斜式技术复合有效增大了智能CFRP筋的监测范围与监测量程,并确保了智能CFRP筋能够长期、安全地进行监测


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作者简介

通信作者廖羚,高级工程师,广西科技大学土木建筑工程学院专任教师,主要从事结构健康监测及加固研究工作。邮箱:liaoling@gxust.edu.cn

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