陳振川臺灣大學:土木工程學研究所凌金宮Ling, Chin-KungChin-KungLing2010-06-302018-07-092010-06-302018-07-092009U0001-2707200916430500http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187725一般試驗的架設多在試體外貼上應變計去作量測，少有內埋感測器於試體內作應變的直接量測，而光纖的誕生卻改善了內埋感測器的可行性。光纖感測器也因為擁有光纖的優點，可以輕易埋入結構體中，去量測出各種物理量的測定。比如結構物使用過程中之應變、溫度、震動等等，都具有相當良好的表現，相當適合用於土木結構物的監測。用改良光纖埋設方式取代原埋設方式，希望在反覆衝擊試驗中，量測到混凝土內部應變趨勢圖，並可作為監測系統之參考。本研究嘗試使用布拉格光纖光柵作為感測器，應用其高精密度量測RPC板受反覆衝擊力作用下混凝土內部應變的變化情形。靜態試驗結果得知，使用光纖量測其敏感度可以達到0.1mm以下的精度，且光纖光柵對於拉應變有較為精準的量測值。在混凝土板受反覆撞擊試驗得知，主裂縫形成時，光纖量測值會有明顯的極限應變，其後應變量會持續降低之趨勢，將來若埋設在不同的材料下，皆可利用此趨勢作為預警之系統。PC混凝土板受反覆衝擊力時，若能量介於40J~300J時，可能造成類似脆性破壞的效果，裂縫密度僅不到0.03 cm-1吸收能量效果較低，若採用能力低於20J時，裂縫密度則大於0.18 cm-1，吸收能量效果也提高許多，故作反覆衝擊試驗時，須先考慮破壞之模式在進行撞擊之測試。誌謝 一要 二目錄 八目錄 九片目錄 一五一章 緒論 1.1 引言 1.2 研究動機與目的 2.3 研究範圍與內容 3二章 文獻回顧 4.1 混凝土強度的提升理論 4.2 活性粉混凝土 5.2.1 活性粉混凝土的簡介 5.2.2 活性粉混凝土的結構機理 6.2.3 鋼纖維的增韌機制 8.2.4 鋼絲網的應用與種類 9.2.5 活性粉混凝土應用於消能構件的優勢 9.3 應變感測系統 10.4 混凝土動態行為 12三章 光纖感測原理 14.1 光纖簡介 14.1.1 光纖的構造 14.1.2 波導(wave guide) 14.1.3 光纖的歷史 14.1.4 光纖的優點 16.1.5 光纖的分類 18.2 光纖傳輸的原理與損失 19.2.1 傳輸原理與全反射概念 19.2.2 光纖傳輸損失 21.3 光纖感測器 23.3.1 光纖感測性質分類與感測器類型 23.3.2 光纖光柵 25.3.2.1 光纖光柵之原理與製作 25.3.2.2 光纖布拉格光柵原理 26.3.2.3 短週期與長週期光纖光柵 28.3.2.4 短週期光纖光柵頻譜劈裂現象 28.3.2.5 FBG波長飄移與應變關係 29.3.3 光纖於土木工程之應用 31.3.3.1國內之實例 31四章 試驗計劃 33.1 引言 33.2 試驗流程 33.3 試驗材料 33.4 試驗儀器與設備 35.4.1 RPC薄板灌置部份 35.4.2 光纖量測系統部份 36.4.3 基本力學試驗部份 38.5 試體配比、尺寸與製作流程 39.5.1 RPC試體配比 39.5.2 試體尺寸 39.5.3 試體製作流程 39.5.3.1 RPC拌合程序 39.5.3.2 流度測試 40.5.3.3 養護流程 40.5.3.4 布拉格光纖光柵黏貼於鋼絲網之程序 41.5.3.5 應變計黏貼於RPC試體之程序 42.6 試驗內容、架構與流程 42.6.1 抗壓試驗 42.6.2 三分點反覆加載試驗 42.6.3 光纖量測試體衝擊破壞試驗 43據文獻【41】指出， 大約為0.74，即 的拉應變會使布拉格波長往長波長方向飄移大約0.00115nm~0.0012nm。 46將(4.3)式做轉換，求得應變值如下： 46 (4.4) 46.6.4 取樣分析方法 47五章 結果與討論 49五章 結果與討論 49.1 前言 49.2 試體製作情況 50.2.1 RPC拌合情況 50.2.2 埋設FBG試體製作情況 50.3 基本力學試驗 51.3.1 混凝土抗壓試驗 51.3.2 RPC之抗壓強度 51.3.3 RPC之彈性模數 52.4 試驗儀器較正 52.4.1 三分點反覆載重實驗校正 52.5 衝擊破壞試驗分析 54.5.1 60度單次撞擊試驗分析 54.5.2 10度反覆撞擊試驗分析 55.5.3 15度反覆撞擊試驗分析 62.5.4 試體裂縫密度與能量吸收 64.5.5 應變率對混凝土動態力學性質的影響 65六章 結論與建議 66.1 結論 66.2 建議 67考文獻 69目錄2-1 RPC與其他混凝土性質之比較 763-1 光纖發展歷史 774-1 矽灰成份 784-2 鋼絲網材料性質 784-3 SWITCH SETTING值與LINE TIME值對應表 794-4 SI-425規格 804-5 活性粉混凝土配比 814-6 衝擊試驗機能量對照表 814-7 各設備電纜線連接方式 825-1 試體之抗壓強度 835-2 原配比之流度 835-3 試體之彈性模數 83目錄2-1 纖維橋接【30】 842-2 裂縫延伸過程中極可能產生的路徑【44】 842-3 鋼材、鋁合金及鋼筋加勁RPC淺梁抗彎歷程比較【45】 852-4 纖維拉拔試驗的荷載與位移曲線 852-5 振弦計組合示意圖【46】 862-6 應變計之惠斯登電橋圖【46】 863-1 光纖基本構造 873-2 光在水中全反射的現象【47】 873-3 威勒設計的管線光【47】 883-4 光的反射與折射現象示意圖 883-5 光線在光纖中傳播示意圖 893-6 光纖反射角示意圖 893-7 光散射示意圖 903-8 光纖彎曲造成的光損失 903-9 光纖光柵結構示意圖 913-10 氬離子雷射寫製光纖光柵示意圖【48】 913-11 干涉條紋製程示意圖 923-12 相位光罩寫製光纖光柵示意圖【48】 923-13 光纖光柵繞射示意圖 933-14 光通過FBG之反射頻譜與穿透頻譜【42】 933-15 短週期光纖光柵原理示意圖【49】 943-16 長週期光纖光柵原理示意圖【49】 943-17 光纖光柵受不均勻應變量所反射的頻譜分析【50】 953-18 光柵軸向施予拉力造成頻寬變化圖【51】 953-19 拉伸測試儀器佈設圖【42】 963-20 拉應變與波長飄移之關係圖【42】 963-21 FBG於鋁質薄板進行溫度變化試驗佈設圖【42】 973-22 波長飄移與溫度之關係圖【42】 974-1 試驗流程圖 984-2 三分點彎曲試驗架構 994-3 衝擊試驗機結構圖【4】 1004-4 FBG埋設於鋼絲網位置圖 1014-5 DEMINSYS組合架構圖 1024-6 STORE DATA操作介面圖 1034-7 數據檔案儲存位置圖 1044-8 擷取試驗數據操作方法 1054-9 檔案輸出操作方式 1064-10 光纖原埋設方式 1074-11 光纖改良埋設方式 1085-1 應變計量測值 (單周期) 1095-2 應變推測值 (單周期) 1095-3 光纖量測值 (單周期) 1105-4 應變計量測值 (多周期) 1105-5 應變計推測值 (多周期) 1115-6 光纖量測值(多周期) 1115-7 應變時間圖 1125-8 應變時間圖 1125-9 應變時間圖 (10-1-1) 1135-10 應變時間圖 (10-1-2) 1135-11 應變時間圖 (10-1-3) 1145-12 應變時間圖 (10-1-4) 1145-13 應變時間圖 (10-1-5) 1155-14 應變時間圖 (10-1-6) 1155-15 應變時間圖 (10-1-7) 1165-16 應變時間圖 (10-1-8) 1165-17 應變時間圖 (10-1-9) 1175-18 應變時間圖 (10-1-10) 1175-19 應變時間圖 (10-1-11) 1185-20 應變時間圖 (10-1-12) 1185-21 應變時間圖 (10-1-13) 1195-22 應變時間圖 (10-1-14) 1195-23 應變時間圖 (10-1-15) 1205-24 應變時間圖 (10-1-16) 1205-25 應變時間圖 (2.2/3.5CM)10-1趨勢圖 1215-26 應變時間圖 (1/3.5CM)10-1趨勢圖 1215-27 應變時間圖 (10-2-1) 1225-28 應變時間圖 (10-2-2) 1225-29 應變時間圖 (10-2-3) 1235-30 應變時間圖 (10-2-4) 1235-31 應變時間圖 (10-2-5) 1245-32 應變時間圖 (10-2-6) 1245-33 應變時間圖 (10-2-7) 1255-34 應變時間圖 (10-2-8) 1255-35 應變時間圖 (10-2-9) 1265-36 應變時間圖 (10-2-10) 1265-37 應變時間圖 (10-2-11) 1275-38 應變時間圖 (10-2-12) 1275-39 應變時間圖 (10-2-13) 1285-40 應變時間圖 (10-2-14) 1285-41 應變時間圖 (10-2-15) 1295-42 應變時間圖 (10-2-16) 1295-43 應變時間圖 (2.2/3.5CM)10-2趨勢圖 1305-44 應變時間圖 (1/3.5CM)10-2趨勢圖 1305-45 光纖量測分析示意圖 1315-46 應變時間圖 (2.2/3.5CM)15-1趨勢圖 1325-47 應變時間圖 (1/3.5CM)15-1趨勢圖 1325-48 應變時間圖 (2.2/3.5CM)15-2趨勢圖 1335-49 應變時間圖 (1/3.5CM)15-2趨勢圖 1335-50 光纖量測分析示意圖 1345-51 裂縫密度與能量吸收之關係 1355-52 應變與應變率關係圖 135片目錄片1-1 加拿大魁北克之SHERBROOKE行人橋 136片4-1 波特蘭二型水泥 137片4-2 石英砂 137片4-3 石英粉 138片4-4 矽灰 138片4-5 鋼纖維 139片4-6 強塑劑 139片4-7 點焊鋼絲網 140片4-8 不同尺寸之木材 140片4-9 中型拌合機 141片4-10 流度台 141片4-11 抗壓試體紙模與鋼模 142片4-12 抗彎壓克力模 142片4-13 恆溫恆濕機 143片4-14 震動台 143片4-15 研磨機 144片4-16 FBG光纖光柵 144片4-17 一般含跳接線的單模光纖 145片4-18 光纖熔接機 145片4-19 光纖切割器 146片4-20 光纖剝線鉗 146片4-21 應變計 147片4-22 DEMINSYS光纖量測系統 147片4-23 SI-425光纖量測系統 148片4-24 100噸萬能試驗機 148片4-25 資料收集器(TDS-302 DATA LOGGER) 149片4-26 衝擊試驗機 149片4-27 流度試驗 150片4-28 三秒膠固定光纖 150片4-29 MTS內建控制面板 151片4-30 試體架設於衝擊試驗機 151片5-1 薄板試體表面處理情形 152片5-2 試體拆模後表面情況 152片5-3 未經COATING及塑膠套管保護之光纖 153片5-4 經過COATING及塑膠保護之光纖 153片5-5 光纖埋設情形 154片5-6 60度撞擊後試體破壞情況 154片5-7 10-1撞擊第1次試體破壞情況 155片5-8 10-1撞擊第2次試體破壞情況 155片5-9 10-1撞擊第3次試體破壞情況 156片5-10 10-1撞擊第4次試體破壞情況 156片5-11 10-1撞擊第5次試體破壞情況 157片5-12 10-1撞擊第6次試體破壞情況 157片5-13 10-1撞擊第7次試體破壞情況 158片5-14 10-1撞擊第8次試體破壞情況 158片5-15 10-1撞擊第9次試體破壞情況 159片5-16 10-1撞擊第10次試體破壞情況 159片5-17 10-1撞擊第11次試體破壞情況 160片5-18 10-1撞擊第12次試體破壞情況 160片5-19 10-1撞擊第13次試體破壞情況 161片5-20 10-1撞擊第14次試體破壞情況 161片5-21 10-1撞擊第15次試體破壞情況 162片5-22 10-1撞擊第16次試體破壞情況 162片5-23 10-1撞擊試體破壞情況 163片5-24 10-2第1次撞擊後試體破壞情況 163片5-25 10-2第2次撞擊後試體破壞情況 164片5-26 10-2第3次擊後試體破壞情況 164片5-27 10-2第4次擊後試體破壞情況 165片5-28 10-2第5次撞擊後試體破壞情況 165片5-29 10-2第6次撞擊後試體破壞情況 166片5-30 10-2第7次撞擊後試體破壞情況 166片5-31 10-2第8次撞擊後試體破壞情況 167片5-32 10-2第9次撞擊後試體破壞情況 167片5-33 10-2第10次撞擊後試體破壞情況 168片5-34 10-2第11次撞擊後試體破壞情況 168片5-35 10-2第12次撞擊後試體破壞情況 169片5-36 10-2第13次撞擊後試體破壞情況 169片5-37 10-2第14次撞擊後試體破壞情況 170片5-38 10-2第15次撞擊後試體破壞情況 170片5-39 10-2第16次撞擊後試體破壞情況 171片5-40 10-2撞擊後試體破壞情況 171片5-41 15-1撞擊第1次試體破壞情況 172片5-42 15-1撞擊第2次試體破壞情況 172片5-43 15-1度撞擊第3次試體破壞情況 173片5-44 15-1度撞擊第4次試體破壞情況 173片5-45 15-1撞擊後試體破壞情況 174片5-46 15-2撞擊後試體破壞情況 1747981977 bytesapplication/pdfen-US活性粉混凝土光纖光柵光纖感測器衝擊試驗RPCimpactoptical 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