光纤光栅智能材料、结构的研究与应用

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1、武汉理工大学博士学位论文中文摘要智能材料是一个具有感知、驱动和控制等功能的智能化的材料系统。智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向，成为了科学界研究的热点。结构健康监测是土木界亟待解决的重大理论与现实问题，结构健康监测的实现对于保障重大土木工程如桥梁、超高层建筑、大跨空间结构、大型水坝、核电站以及输油、供水、供气等管网系统等的结构安全具有重大的现实意义。智能材料应用于结构健康监测的研究，是21世纪具有挑战性的课题。利用智能材料与结构技术解决重大土木工程结构在整个服役期内的健康监测和安全评估问题，是一个全球性的研究热点，具有重大的经济价值和社会意义。光纤

2、光栅智能材料是近年发展起来的先进传感材料，它有效克服了当前常规传感系统在长期稳定性、耐久性和分布范围方面存在的不足，最有希望满足现代工程结构监测的高精度、远距离、分布式和长期性的技术要求，具有传统技术无法比拟的优势。研究开发在长期稳定性能上满足工程要求的新型光纤光栅智能材料是从根本上实现结构健康监测的核心工作之一。本论文在国家自然科学基金、国家863计划和湖北省重点攻关项目的支持下，在导师的悉心指导下，从光纤光栅智能材料的传感机理出发，研究了大型土木工程结构健康监测系统的构成、功能、监测内容、手段及实现，在试验的基础上研制了光纤光栅锚索测力传感器，并将之成功应用于武

3、汉晴川大桥健康监测系统，监测结果与理论计算基本吻合。本文接着研究并总结了传感器在大型土木工程结构健康监测中的优化布点方法、健康状况识别准则以及现场监测数据的采集及后处理方法，对大型土木工程健康状况监测智能化、网络化、系统化的实现具有重要意义。本文最后结合不同类型(在建、已建、加固)重大土木工程健康监测的试验和应用，从材料、构件、结构等方面探讨了用于重大工程结构的光纤光栅传感器的制备、封装、埋入、粘接、安装保护工艺等技术以及光纤光栅传感网络设计技术和系统集成技术，部分监测试验结果并与常规监测结果进行了对比分析，最终实现了在重大工程建设中的应用。本论文的多项研究成果通过

4、相关的成果鉴定，并已在多个重大工程项目上获得成功应用，成为国家科技进步二等奖的部分内容。关键词：智能材料，光纤光栅传感器，大型土木工程，结构健康监测武汉理工大学博士学位论文AbstractTheintelligentmaterialisallintellectualizedmaterialsystemthathasseveralbasicfunctionssuchaS,sensing,actuating，controllingandSOon．Theintelligentmaterialhasrepresentedthemostactiveandadvanceddev

5、elopmentdirectionOilmaterialsscience，whichhasbecomeahotspotofresearchinthescientificfields．Thestructurehealthmonitoringisthesignificanttheoreticalandrealisticsubjeelthatisurgenttobesolvedinthecivilfield．Therealizalionofstructurehealthmonitoringisofmomentouscurrentimportancetosafeguardo

6、fthesignificantcivilengineeringprojectssuchasbridges，theextra—highbuildings,large-spanspacestructures,large·scaledams，nuclearpowerstations，pipenetworksystemsforoiltransfer,watersupply'airfeedandSOon．Theresearchontheintelligentmaterialsappliedinstructurehealthmonitoring,isthemostchallen

7、gingtopicinthe21stcentury．Thestudyfillthehealthmonitoringandsafetyevaluationwithinthewholelifecycleofthehugeengineeringstructuresisapopularsubjectallovertheworldandhasgreatsocialsignificanceandeconomicbenefits．Theintelligentmaterialoffiberopticgratingistheadvancedsensingmaterialdevel