【摘要】：我國大量水利工程存在著各種類型的缺陷,其中水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是常見的缺陷形式。裂縫不僅影響結(jié)構(gòu)耐久性和美觀,嚴(yán)重裂縫甚至破壞結(jié)構(gòu)整體性,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)惡化,削弱結(jié)構(gòu)的承載能力。因此,對水工混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫進(jìn)行監(jiān)測對保證結(jié)構(gòu)的安全運行具有重要意義。而傳統(tǒng)的電測傳感器普遍存在耐久性較差、易受電磁干擾等缺點,難以滿足工程實際的監(jiān)測要求。因此,亟需研究新型傳感器技術(shù),以適應(yīng)水工混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜的監(jiān)測條件。同時,在水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫安全監(jiān)控研究中,傳統(tǒng)統(tǒng)計模型易受多重共線性影響、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型易陷入局部最小值,預(yù)測效果欠佳。所以,也需研究適用于水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的安全監(jiān)控模型。本文針對傳統(tǒng)裂縫監(jiān)測傳感器和傳統(tǒng)統(tǒng)計模型在實際應(yīng)用中的不足,提出了基于光纖彎曲損耗原理的新型光纖裂縫傳感器和基于隨機(jī)森林算法的水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫安全監(jiān)控模型,主要研究內(nèi)容如下:(1)基于光纖彎曲損耗原理,提出了一種用于水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測的新型光纖傳感器,介紹了傳感器的結(jié)構(gòu)和組成,分析了傳感器工作原理。對傳感器光損耗值與裂縫寬度間的理論關(guān)系進(jìn)行了推導(dǎo)。實驗驗證了傳感器用于結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測的可行性,確定了傳感器的技術(shù)指標(biāo),并通過實驗對傳感器的性能進(jìn)行了測試。(2)針對激光光源抖動問題,提出基于分光器的光纖裂縫傳感器改進(jìn)方案,理論分析了激光光源抖動產(chǎn)生原因及對傳感器測量結(jié)果的不良影響,闡述了改進(jìn)方案原理,實驗驗證了該改進(jìn)方案對避免光源抖動對基于彎曲損耗原理的光纖傳感器不利影響的有效性。最后,通過鋼筋混凝土梁裂縫監(jiān)測實驗進(jìn)一步驗證了本文提出的基于光纖彎曲損耗原理的光纖裂縫傳感器應(yīng)用于水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測的可行性。(3)建立了基于隨機(jī)森林算法的水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫安全監(jiān)控模型,選取工程實測裂縫數(shù)據(jù),通過訓(xùn)練集進(jìn)行訓(xùn)練建模,并對測試集進(jìn)行預(yù)測。并將其預(yù)測結(jié)果分別與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和最小二乘法的預(yù)測結(jié)果對比,證明了隨機(jī)森林模型具有更高的預(yù)測精度。
【圖文】：

[80]。圖2-1 光纖基本結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2-1 Schematic diagram of the basic structure of the fiber光纖按其橫截面上折射率徑向分布特征的不同，可分為階躍型和漸變型光纖兩類。階躍型光纖折射率在纖芯與包層界面上呈階梯型變化。漸變型光纖纖芯折射率隨半徑增大而呈非線性遞減[81]，其折射率一般用下式表示：12[1 ( / ) ] 0( ) gn r a r an rn a r a（2-1）式中：

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文12圖2-2 光纖彎曲損耗結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2-2 schematic diagram of fiber bending loss structure光波在光纖中的傳播有傳輸模、泄漏模和輻射模 3 種模式，傳輸模是在纖芯內(nèi)傳播的光波場，泄漏模指在纖芯與一定厚度的包層內(nèi)傳播的光波場，輻射模在纖芯與包層內(nèi)均為傳輸場[84]。嚴(yán)格意義上的光纖處于理想情況下不會發(fā)生損耗現(xiàn)象，當(dāng)光纖發(fā)生一定程度的彎曲后，會產(chǎn)生沿彎曲半徑方向的能量輻射，原有光波導(dǎo)中的傳輸模變?yōu)檩椛淠�，，從而引起彎曲損耗。彎曲損耗主要由空間濾波、模式泄漏和模式耦合三種因素共同作用引起[85]。微彎損耗主要由模式耦合引起，而宏彎損耗則以空間濾波效應(yīng)引起的損耗為主�？臻g濾波效應(yīng)是指光纖的彎曲使光波傳播的全反射條件遭到破壞，導(dǎo)致進(jìn)入光纖彎曲部分的高階次模折射到包層中，從而將其攜帶的能量輻射到光纖之外的一種物理效應(yīng)；光纖彎曲程度越大
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TV544

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 梁建鵬;楊玉峰;;水工混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕檢測與評估方法[J];江西水利科技;2016年05期

2 胡少偉;;復(fù)雜水工混凝土結(jié)構(gòu)服役性態(tài)診斷技術(shù)與實踐——獲2016年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎[J];水利水運工程學(xué)報;2017年01期

3 黃淑芳;;水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計若干問題分析[J];內(nèi)蒙古水利;2014年06期

4 鄒戰(zhàn)軍;;水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計若干問題探討[J];黑龍江水利科技;2014年03期

5 胡永生;蘇丹;;水工混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計常見問題[J];河南水利與南水北調(diào);2013年20期

6 李印芝;李昀;;保證水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素與措施[J];河南水利與南水北調(diào);2010年08期

7 ;《水工混凝土結(jié)構(gòu)施工》簡介[J];安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2010年03期

8 邵敬潔;;水工混凝土結(jié)構(gòu)防裂措施分析[J];民營科技;2009年11期

9 李雪紅;葉燕華;;水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫主要成因挖掘的粗集方法[J];東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2006年S2期

10 黃淑芹,王志宇,李加富;水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的防治[J];水利科技與經(jīng)濟(jì);2004年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 于超;曲筱宇;;水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的穩(wěn)定性研究分析[A];探索科學(xué)2016年5月學(xué)術(shù)研討[C];2016年

2 張靜宜;呂子義;黃淑貞;;適用于水工混凝土結(jié)構(gòu)的高性能修補材料的研究[A];沿海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及其設(shè)計方法科技論壇與全國第六屆混凝土耐久性學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2004年

3 李雪紅;葉燕華;;水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫主要成因挖掘的粗集方法[A];第五屆混凝土結(jié)構(gòu)耐久性科技論壇論文集[C];2006年

4 賈金生;陳重華;黃國興;張國新;;水工混凝土結(jié)構(gòu)與材料學(xué)科發(fā)展[A];水利學(xué)科發(fā)展報告：2007—2008[C];2008年

5 張杰;;水工混凝土結(jié)構(gòu)防滲堵漏技術(shù)淺析[A];青海大唐國際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司2015年度論文集（《水電站機(jī)電技術(shù)》總第180期）[C];2015年

6 張小穩(wěn);李雪紅;李益進(jìn);陳輝;;基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裂縫轉(zhuǎn)異荷載診斷[A];現(xiàn)代水利水電工程抗震防災(zāi)研究與進(jìn)展[C];2009年

7 陳維江;孫志恒;魯一暉;關(guān)遇時;李守輝;鮑志強;;水工混凝土結(jié)構(gòu)的無損檢測技術(shù)及其應(yīng)用[A];第八屆全國建設(shè)工程無損檢測技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

8 周晶;魏大春;;重大水工混凝土結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測與損傷識別[A];第十三屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅰ冊）[C];2004年

9 孟吉復(fù) ;陳尚建 ;袁文陽;;水工混凝土結(jié)構(gòu)補強加固新技術(shù)——碳纖維片材加固技術(shù)[A];湖北省水利學(xué)會2003年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2003年

10 胡少偉;;SRAP結(jié)構(gòu)評估修復(fù)成套技術(shù)及其推廣應(yīng)用簡介[A];中國原水論壇專輯[C];2010年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 孫志恒;水工混凝土結(jié)構(gòu)的無損檢測[N];中國水利報;2004年

2 本刊記者 龐亞斌;朱伯芳：勤于工作勤于學(xué)習(xí)勤于思考的人[N];中國水利報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李雪紅;重大水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫演變規(guī)律及轉(zhuǎn)異診斷方法研究[D];河海大學(xué);2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 秦全樂;環(huán)境激勵下水工混凝土結(jié)構(gòu)的模態(tài)識別與損傷診斷方法[D];西安理工大學(xué);2019年

2 張凱;水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的光纖智能傳感技術(shù)與安全監(jiān)控模型研究[D];西安理工大學(xué);2019年

3 張琳琳;重大水工混凝土結(jié)構(gòu)健康診斷綜合分析理論和方法[D];河海大學(xué);2003年

4 黃立浩;水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計若干問題研究[D];山東大學(xué);2009年

5 李先明;水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度場及溫度應(yīng)力仿真系統(tǒng)研究[D];河海大學(xué);2006年

6 宋礎(chǔ);國內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范安全度設(shè)置水平的比較研究[D];武漢大學(xué);2005年

7 孫其臣;沖擊彈性波技術(shù)在水工混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測中的應(yīng)用研究[D];中國水利水電科學(xué)研究院;2013年

8 馬永法;水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因分析及其危害性評價[D];揚州大學(xué);2013年

本文編號：2593701