長距離道路結構多介質層的全尺度光纖智慧型監測

《長距離道路結構多介質層的全尺度光纖智慧型監測》是依託大連理工大學,由劉婉秋擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：長距離道路結構多介質層的全尺度光纖智慧型監測
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉婉秋

項目摘要

針對長距離多層介質道路結構對大規模分散式複雜應力測試手段和損傷演化規律研究的客觀需求，提出道路結構多介質層的全尺度光纖智慧型監測方法，發展與柔性道路結構應變協調的低模量光纖感測元件封裝方法與誤差修正，以及兼顧長距離結構整體性態和局部高精度測試的光纖感測共線方法；基於全尺度長期監測數據研究道路結構的損傷演化規律；最後，利用長期監測數據修正道路結構理論模型，最佳化道路結構的關鍵參數。..通過上述研究，發展一套道路結構多層介質的全尺度光纖智慧型監測方法和技術，並提供相應的器件。

結題摘要

針對長距離多層介質道路結構對大規模分散式複雜應力測試手段和損傷演化規律研究的客觀需求,課題組開發了多種適用於柔性道路結構現場布設的感測器，以用於長期的應變、曲率及損傷監測。通過大量的室內實驗和現場布設驗證了各種感測器性能。發展了光纖感測器整體性態與局部高精度測試的共線方法，開發了感測器自癒合系統。根據本項目提出的光纖感測元件柔性鎧裝封裝方法，課題組在實驗室分別製作了基於光纖光柵感測元件的準分散式應變測量感測器和基於BOTDR技術的分散式應變測試感測器，除了在實驗室內進行各種性能試驗外，還專門鋪築了十幾米長的實驗路，以檢驗所設計感測器的實用效果。所埋設的感測器能很好的測試各層的溫度變化，溫縮效應以及降雨引起的材料不均勻收縮,且有很高的成活率。針對分散式感測器，專門製作了水泥穩定試塊，實驗證明所開發的分散式感測器能有效的感知開裂，且能反映開裂位置和程度。彌補了瀝青路面水泥穩定基層開裂監測測試手段的空白。 由於感知元件光纖的材料特徵，裸光纖在施工過程中易彎折或被剪斷，因此，封裝保護處理是光纖在工程套用中必不可少的一個步驟。封裝層的存在，使得部分基體應變在傳遞到光纖的過程中被消耗，因此，光纖感知應變通常不能完全代表基體的真實應變。為消除這種應變傳遞誤差，本項目對該問題進行了應變傳遞理論分析。引入Goodman假設代替剪力秩模型來描述層間剪應力關係。在研究中通過建立一個典型三層力學模型進行分析,模型中考慮了基體和封裝層的粘彈性特徵。而後又對基體有裂縫的應變傳遞關係進行了理論研究。 結合重慶環道實驗路的實際檢測數據，本項目考慮瀝青路面材料的拉壓不同性特徵，發展了三軸摩爾庫倫理論，將其引入路面結構分析的強度理論修正中。基於上述理論，本項目還提出一種瀝青路面結構車轍變形的預測公式，並基於並行演化算法開發了路面結構最佳化方法和相應的計算軟體。通過以重慶環道實際的三種路面結構組合為算例，證明了該程式的計算結果與實測路面回響數據接近，也就證明了本項目所提方法的有效性。