● 摘要
随着国家现代化建设的发展，各种大型钢结构的应用越来越广泛。由于外界环境等因素的影响，钢结构不可避免地会产生损伤积累和抗力衰减。保障这些大型钢结构的正常使用，对其安全状况进行监测和预警具有重要的社会和经济意义。本文结合安全监测领域的国内外发展现状，对钢结构安全监测的相关技术，包括传感器优化布置、数据处理和监测软件开发等，进行了深入的研究。设计完成可以进行实时监测的钢结构安全监测系统，并且以流线型钢结构塔架为监测目标，进行了实际应用。首先，本文对光纤光栅传感器的原理以及传感器优化布置理论进行了探讨，并提出了传感器优化布置的数学模型。采用课题组自主研发的光纤光栅传感器测试平台，对光纤光栅应变传感器的性能进行了测试与验证。其次，依据安全监测系统的设计要求，提出系统的总体架构，并完成了各软件模块的设计与开发，实现了监测数据的实时分析、处理、存储及查询等功能，有效提高了监测信息处理的智能化程度。以流线型钢结构塔架为应用平台，测试安全监测系统。对塔架进行加载试验，将安全监测系统的监测数据与有限元仿真分析数据进行对比，计算出相对误差，并对监测过程中影响测量数据精确度的因素进行分析，总结了误差的种类及产生误差的具体因素，其中包括传感器在安装过程中和光波信号传输过程中产生的误差，以及由于光纤光栅传感器温度交叉敏感所产生的误差，最后对产生误差的因素提出了相应的解决方案。该课题的研究成功，促进了理论研究成果向工程技术应用的转化以及多学科的交叉应用，为结构安全监测系统的应用奠定了基础，具有较大的工程实际应用价值。