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分布式光纤传感器在重力坝安全监测中的应用

作　者: 陈业松
导　师: 李俊杰
学　校: 大连理工大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 重力坝 裂缝监测 光纤传感器 监测机理 布控位置和方式
分类号: TV698.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


混凝土重力坝的裂缝是坝体安全的一大隐患，因此混凝土的裂缝监测是混凝土重力坝健康监测的重点。传统的监测系统存在很大的局限，对坝体不能实现时空上的连续监测。一种新型的检测技术分布式光纤传感器的出现很好的解决了这一问题。但是分布式光纤传感器的发展和应用时间比较短，在工程实际中还存在许多问题，许多方面的理论还不够完善，还处在摸索阶段。同时混凝土重力坝的体积巨大，不可能在大坝中全坝体的布置，因此如何合理的选择光纤传感器的布控位置成为其应用中重点需要解决的问题；另外鉴于分布式光纤传感器裂缝监测的机理，在使用的同时还需要为其选择合理的网络布控形式。本文针对以上两个问题，通过有限元的计算，分析坝体的应力，比较不同混凝土重力坝坝体之间的应力特点，总结出了一般性的结论，为传感器的布置选择了一个较为合理的区域；同时，比较了几种不同的网络布控形式，为选定的区域选择了较贴切的网络方式。主要工作和结论如下：(1)回顾了大坝安全监测的历史，总结出传统的安全监测中的缺陷和不足，提出光纤传感器在监测中的可行性和特点。(2)了解光纤的构造特点，学习各种光纤传感器的原理，从中选出了两种适合裂缝监测的传感器类型。(3)学习了两种裂缝监测传感器的原理、监测机理和使用过程，最后为重力坝的裂缝监测选择出一种合适的传感器。(4)选用了一定数量重力坝模型，对各个模型进行了计算分析比较，从应力的角度考虑坝体的危险区域，为传感器的布置选择了合理的范围。这个区域是在坝体上游面自坝踵沿坝高方向0.15倍坝高和下游面自坝址沿坝高方向0.1倍坝高的两个范围。(5)分析了几种不同的网络样式，最后根据比较选择出一种较合理的网络，给出了实际工程的应用实例。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 课题提出的意义和背景  9-12
    1.1.1 大坝安全监测的重要性  9-10
    1.1.2 光纤传感器的国内外工程中的应用  10-12
    1.1.3 光纤传感器在水利工程中的应用  12
  1.2 光纤传感器  12-14
    1.2.1 光纤  12-13
    1.2.2 光纤传感器的构成和原理  13
    1.2.3 光纤传感器的分类、优点  13-14
  1.3 课题的研究现状  14-15
  1.4 课题研究的主要内容  15-16
2 裂缝监测光纤传感器  16-24
  2.1 裂缝监测光纤传感器的类型  16
  2.2 FBG光纤光栅布拉格光纤传感器  16-18
    2.2.1 FBG光纤传感器的原理  16-17
    2.2.2 FBG光纤传感器的特点  17-18
    2.2.3 FBG光纤光栅传感器的监测机理与工作过程  18
  2.3 OTDR分布式光纤传感器  18-23
    2.3.1 OTDR光纤传感器的原理  18-21
    2.3.2 分布式光纤传感器的特点  21-22
    2.3.3 OTDR光纤传感器的监测机理和工作过程  22-23
  2.4 本章小结  23-24
3 重力坝安全监测与应力分析方法  24-32
  3.1 重力坝安全监测的内容  24
  3.2 重力坝裂缝产生的原因  24-25
  3.3 重力坝的裂缝监测和传感器的选取  25-26
    3.3.1 重力坝的裂缝监测特点  25-26
    3.3.2 重力坝裂缝监测传感器的选择  26
  3.4 重力坝的应力分析方法  26-28
    3.4.1 基于有限元的线弹性计算模型  27
    3.4.2 弹塑性计算模型  27-28
    3.4.3 结构地震反应时程分析法  28
  3.5 计算模型和参数的选取  28-32
4 重力坝的应力分析  32-63
  4.1 重力坝的静力分析  32-36
    4.1.1 计算说明  32
    4.1.2 计算结果分析  32-36
  4.2 线弹性动力分析结果  36-51
  4.3 弹塑性分析结果  51-62
  4.4 计算结果小结  62-63
5 光纤传感器的布控位置与传感网络  63-69
  5.1 光纤传感器布控位置的选取  63
  5.2 传感器的网络  63-66
    5.2.1 网络布置的原则  63-64
    5.2.2 网络的比较  64-66
  5.3 分布式光纤传感网络在实际工程中的应用  66-69
参考文献  69-71
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  71-72
致谢  72-73

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利枢纽、水工建筑物 > 水工建筑物管理 > 水工建筑物的监测与原型观测
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