基于高分子应变传感技术的新型智能拉索研究

作     者：杨圣洁 

作者单位：广西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓年春

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：拱桥 桥梁健康监测 高分子应变传感器 智能拉索 温敏特性 

摘      要：拉索作为中下承式拱桥桥面荷载传递给拱肋的重要受力构件,长期处于交变应力及恶劣自然环境中,极易在环境腐蚀、荷载、疲劳等多重作用下产生累积损伤,严重威胁拱桥安全。因此索力准确测量及评估对于桥梁安全施工和运营管养具有重要意义。索力测量方法有多种,电阻应变片法虽操作简单便捷,但其也有局限性。针对目前电阻应变传感技术在索力测试中存在稳定性差、传感灵敏度不足等问题。本文提出了利用电阻应变片与高分子材料（聚四氟乙烯）复合封装成新型高分子应变传感器测量索力。该传感器具有良好的变形敏感性、重复性、可靠性等优点;并将其内置于拉索体内构思出新型智能拉索,通过理论分析、有限元模拟及各种传感性能测试证明其具有优异的性能;最后对该智能拉索的工程适用性进行验证。本文主要研究工作与主要研究结果如下:1.基于电阻应变片,因其弹性模量大与钢材在受力过程中导致变形不协调而使灵敏度降低或者造成应变片接触面损坏等问题。提出了一种高分子材料（聚四氟乙烯）与电阻应变片复合封装成高分子应变传感器的方法及封装工艺;通过有限元模拟分析高分子基片随传感体张拉的变形状态。2.将高分子应变传感器粘贴封装在高强钢绞线和平行钢丝表面,制成高分子应变智能钢绞线与智能平行钢丝,分别在静载、疲劳、松弛、温度等作用下对其进行传感性能测试。采用无线静态应变采集系统自动采集数据,得出高分子应变传感器具有传感性能优异、线性较好、重复度高、测量较为准确等优点。3.结合目前桥梁拉索索力不易准确测量这一普遍现象,利用高分子应变传感器,提出在制索时将传感器内置于拉索端部锚固套位置处的钢绞线或平行钢丝表面,进一步研制出高分子应变智能拉索。该传感器充分利用拉索内部安全空间,极大地提高了传感器存活率;建立钢绞线拉索实体模型对智能拉索进行有限元分析,得出最外层钢绞线受力分布情况;通过标定试验,测得拉索应变传感呈良好线性,验证了高分子应变智能拉索研究的可行性。4.最后将智能拉索应用到世界第一拱平南三桥拉索体系中,通过平南三桥施工阶段、通车运营期间索力测量数据显示,结果表明智能拉索具有较高的灵敏度、良好的线性度和重复性。通过建立索力远程在线健康监测系统,对大桥索力状态长期实时监测,得出高分子应变智能拉索在工程应用中具有优异的适应性、较高的准确性。