碳纤维复合多芯光纤布及其结构加固与监测一体化系统

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51878628
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0806.工程建造与服役
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Structural seismic strengthening can extend the service life of the building structures and improve their anti-seismic performance effectively. However, how to evaluate the strengthening results for these strengthened structures and to monitor its health condition during the service period still face a lot of challenges. The aim of this research is to develop a self-sensing CFRP strengthening material and the corresponding monitoring and evaluation system by organic combining the CFRP with the multicore distributed optical fiber and piezoelectric ceramic sensor, thus the strengthening performance and the working condition of the strengthened structures can be effectively evaluated based on the long-term, real-time, and on-line monitoring using this developed self-sensing CFRP strengthening material. In this sstudy, the mechanical properties of materials, the mechanism for structural monitoring and detection, and the cooperative work and compound technology for the CFRP material and two kinds of embedded sensors were firstly studied with the theoretical derivation and laboratory specimen tests. Then, with the help of numerical simulation and full scale modal experimental test, the monitoring feasibility of the working status and health condition for these self-sensing CFRP strengthened concrete structures were investigated by applying the static and quasi-static loading tests for the concrete beam, column and frame joint, respectively. Therefore, it is very meaningful and a great potential for the research to evaluate the strengthening performance, realize the health condition monitoring and guarantee the normal running and service safety for the strengthened concrete structures.
结构抗震加固可以有效地延长建筑结构的使用寿命,提高其抗震性能。然而,目前针对加固结构的实际加固效果以及其在后续服役期健康状况的评定,仍面临诸多局限。本课题旨在研发一种带自感知功能的碳纤维布加固监测一体化系统,通过将多芯分布式光纤和压电陶瓷传感器复合在碳纤维布加固材料中,制成碳纤维复合多芯光纤布,使其兼具结构加固和智能感知的双重功能,实现加固结构工作状态和健康状况的长期实时在线监测。本课题首先对碳纤维布和两种传感器的材料力学性能、结构监测识别机理、协同工作和复合工艺进行理论和试验研究;之后,通过有限元数值仿真和实验室足尺模型试验,对钢筋混凝土梁、柱、框架节点进行静力或拟静力加载试验,对比检验其结构抗震加固和健康状态监测的效果。本课题的研究成果将对检验结构加固效果、掌握结构健康状况、保障结构服役安全,具有重要意义。

结项摘要

粘贴碳纤维布法是目前提高结构承载力、延长结构寿命的重要加固补强手段,但加固效果及后续服役健康状况的评价却依旧存在众多局限。本课题针对碳纤维加固与监测一体化的工程重大需求,将多芯光纤与碳纤维布有机融合,旨在探究多芯光纤多参量同步监测理论,研制多功能光纤复合制品,并开发与之配套的光纤解调系统。为此,本课题首先系统研究了多芯光纤的结构应变、温度、振动监测理论,探究了七芯光纤不同纤芯同步采集、交叉感知的可行性,研制了多芯光纤多参量一体化解调仪,实现了多种物理参量的同步解调。并基于此提出了一套基于多芯光纤的振动定位、定量、分类识别算法,研发了复合七芯光纤的智能碳布、智能筋(锚杆)、智能拉索(钢绞线)三种集加固监测功能于一体的复合产品,建立了一套涵盖传感端、采集解析端的多参量一体化结构健康监测感测系统和评价方法。.之后,基于多芯光纤多参量同步采集特性研究结果,本课题还进一步探究了其在钢筋混凝土梁、管道类结构构件中挠曲变形、松动泄漏以及周界安防入侵定位识别等领域的应用,提出了基于七芯光纤不同纤芯独立、协同工作的理论和方法,可利用不同纤芯实现多参量互补进而提高监测精度,建立了基于Φ-OTDR光纤测振技术的振动定位、定量、分类多维识别算法,发展了其在周界安防、管道病害监测和入侵识别等工程监测领域的应用。综上,本课题研制开发的多芯光纤复合加固制品、多芯光纤多参量一体化解调仪,以及提出的多芯光纤复合加固监测一体化理论,为多芯光纤传感技术在土木建筑加固服役监测领域的实际应用奠定了坚实的理论和实践基础。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(14)
Quantitative measurement of disturbances based on optical-fibre multiparameter optimization method
基于光纤多参数优化方法的扰动定量测量
  • DOI:
    10.1016/j.measurement.2021.110279
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Measurement
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    马天骄;冯谦;张作才;梁亚斌;唐明
  • 通讯作者:
    唐明
多芯光纤安防工程一体化同步感知系统
  • DOI:
    10.15961/j.jsuese.202100564
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    工程科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯谦;马天骄;欧进萍
  • 通讯作者:
    欧进萍
Self-Sensing CFRP Fabric for Structural Strengthening and Damage Detection of Reinforced Concrete Structures.
用于钢筋混凝土结构的结构加固和损伤检测的自感知 CFRP 织物。
  • DOI:
    10.3390/s18124137
  • 发表时间:
    2018-11-26
  • 期刊:
    Sensors (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Feng Q;Ou J
  • 通讯作者:
    Ou J
Monolithic multicore fiber based multi-parameter measurement based on spatial-division-multiplex sensing mechanisms
基于空分复用传感机制的单片多芯光纤多参数测量
  • DOI:
    10.1016/j.measurement.2019.107128
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Measurement
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    冯谦;唐明;欧进萍
  • 通讯作者:
    欧进萍
Multi-parameter monitoring for steel pipe structures using monolithic multicore fibre based on spatial-division-multiplex sensing
基于空分复用传感的单片多芯光纤钢管结构多参数监测
  • DOI:
    10.1016/j.measurement.2020.108121
  • 发表时间:
    2020-11-01
  • 期刊:
    MEASUREMENT
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Feng, Qian;Liang, Yabin;Ou, Jinping
  • 通讯作者:
    Ou, Jinping

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其他文献

IVE模型中区间划分方法对排放因子估算的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周华;赵宏伟;吴蒙蒙;李菁元;王计广;冯谦;龙子昂;余双雨;彭皓;汪行健;金陶胜
  • 通讯作者:
    金陶胜
A fast protection scheme for VSC based multi-terminal DC grid
基于VSC的多端直流电网快速保护方案
  • DOI:
    10.1016/j.ijepes.2017.12.022
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
    International Journal of Electrical Power & Energy Systems
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    邹贵彬;冯谦;黄强;孙辰军;高厚磊
  • 通讯作者:
    高厚磊
超临界锅炉过热汽温神经网络内模控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    自动化与仪表
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马良玉;冯谦;易祖耀
  • 通讯作者:
    易祖耀
基于客户分流策略的电商促销下车辆路径问题研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    计算机应用与软件
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吕俊杰;冯谦
  • 通讯作者:
    冯谦
基于压电主动传感法的钢管螺纹接头松动监测
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国测试
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李宗源;冯谦;梁亚斌;罗登贵;刘铁军
  • 通讯作者:
    刘铁军

其他文献

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冯谦的其他基金

多芯光纤桥梁动力响应感测机理与损伤识别方法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目
多芯光纤桥梁动力响应感测机理与损伤识别方法研究
  • 批准号:
    52278321
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54.00 万元
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    面上项目
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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