CN101787676A - 缆索内置光纤光栅应变传感器的安装方法 - Google Patents

缆索内置光纤光栅应变传感器的安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种缆索内置光纤光栅应变传感器的安装方法，该方法包括以下工艺过程：在缆索的穿丝、镦头工序之前，将抱箍穿套于准备安装光纤光栅应变传感器的缆索连接筒部位的外围钢丝上，完成抱箍的预安装；在缆索的灌锚工序结束后，在缆索连接筒区域内，将光纤光栅应变传感器用抱箍固定于缆索连接筒部位的外围钢丝表面；待光纤光栅应变传感器固定完成后，外加传感器保护罩对固定于缆索连接筒部位的外围钢丝表面的光纤光栅应变传感器进行保护，传感器保护罩与缆索连接筒部位的外围钢丝空隙处密封；将光纤光栅应变传感器的尾纤穿入一置于所述缆索连接筒和锚杯内预留的钢管通道中，尾纤与所述预留钢管连接处用热缩套管热缩保护。本发明有效地保证了智能缆索工作的可靠性及长期稳定性。

Description

缆索内置光纤光栅应变传感器的安装方法
(一)技术领域
本发明涉及一种将光纤光栅应变传感器内置于缆索内部的安装方法，适用于斜拉桥、悬索桥、拱桥等缆索承重结构。
(二)背景技术
现代大跨度桥梁的缆索系统是斜拉桥和悬索桥的核心构件，大跨径桥梁结构的自重和桥上动载，绝大部分是通过缆索系统传递到塔柱上，缆索的工作状态是直接反映桥梁是否处于安全状态的重要标志之一。但由于构造设计、环境腐蚀和疲劳积累等原因，缆索在服役期间难免出现不同程度的损伤和劣化。若能将传感器有机地集成到缆索内部，使其自身能够测量内部应力和温度等参数，使其从一个单纯承力的缆索上升为具有自动感知能力的智能缆索，同时也实现兼顾缆索的整体受力与局部丝受力监测的可能，将更有利于人们掌握缆索自身以及全桥的结构安全与运营状态，及时发现事故先兆、防止突发性事故发生。
光纤光栅是一种性能优良的敏感元件，可通过布拉格反射波长的移动来感应外界微小应变变化，从而实现对结构应力、温度等参数实现在线监测。它具有不怕恶劣环境、不受环境噪声干扰、抗电磁干扰、集传感与传输于一体、构造简单、使用方便、测量精度高等特点。
申请号为200910145152.X、名称为《内置光纤光栅传感器的桥梁用智能缆索系统》的发明专利申请公开了将光纤光栅以合适的封装结构制成光纤光栅应变传感器，并将其布置于缆索连接筒部位，制成内部可测力的智能缆索。为了避开灌锚过程中的高温、振动环节，确保光纤光栅的成活率，传感器的安装均在缆索灌锚工序结束后进行实施。
(三)发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种可完全保证光纤光栅的成活率，保证光纤光栅应变传感器测试的可靠性及长期稳定性的缆索内置光纤光栅应变传感器的安装方法。
本发明的目的是这样实现的：一种缆索内置光纤光栅应变传感器的安装方法，其特征在于所述方法包括以下工艺过程：
在缆索的穿丝、镦头工序之前，将抱箍穿套于准备安装光纤光栅应变传感器的缆索连接筒部位的外围钢丝上，完成抱箍的预安装；
在缆索的灌锚工序结束后，在缆索连接筒区域内，将光纤光栅应变传感器用抱箍固定于缆索连接筒部位的外围钢丝表面，抱箍用螺栓I锁紧，抱箍与光纤光栅应变传感器的支座之间用螺栓II锁紧，螺栓锁紧过程中辅以仪表监测光纤光栅读数变化，完成后对机械连接的抱箍结构使用环氧胶进行加固；
待光纤光栅应变传感器固定完成后，外加传感器保护罩对固定于缆索连接筒部位的外围钢丝表面的光纤光栅应变传感器进行保护，传感器保护罩与缆索连接筒部位的外围钢丝空隙处密封；
将光纤光栅应变传感器的尾纤穿入一置于所述缆索连接筒和锚杯内预先埋入的钢管通道中，尾纤与所述预留钢管连接处用热缩套管热缩保护；
将从锚杯内接出的光纤光栅应变传感器的尾纤接入仪器进行测试，确保光纤光栅应变传感器传输信号完好；
缆索套上连接筒，灌入连接筒密封填料，进行连接筒的常温固化环节；
最后通过缆索的张拉工序对索内埋植的光纤光栅应变传感器进行标定，以此标定数据作为所述缆索后期运营阶段索力测试时的基础。
本发明提供了一种将光纤光栅应变传感器局部布置于缆索连接筒部位的安装方法。通过在缆索的穿丝镦头工序前预装抱箍，在缆索的灌锚工序结束后，将光纤光栅应变传感器通过抱箍固定于缆索连接筒部位的外围钢丝表面，有效地保证了智能缆索工作的可靠性及长期稳定性。
本发明的有益效果是：
缆索制造的灌锚工序需经历高温、振动等过程，本发明中的光纤光栅应变传感器安装方法避开了灌锚过程中的高温、振动等有可能对光纤光栅应变传感器器造成损坏的环节，确保了光纤光栅应变传感器的存活率。通过抱箍的预安装，将光纤光栅应变传感器通过可靠的机械连接方式与缆索连接筒部位的外围钢丝表面有效连接，使单丝上光纤光栅应变传感器的输出能够有效地表征整体索力情况。通过设计传感器保护罩对光纤光栅应变传感器进行保护，使光纤光栅应变传感器输出免受连接筒内环氧填料的影响。本发明有效解决了在缆索内局部埋植传感器测试索力方案中的工艺难点，即传感器的安装问题。
(四)附图说明
图1为本发明缆索内置光纤光栅应变传感器安装流程图。
图2为本发明的抱箍预安装示意图。
图3为本发明的传感器固定于钢丝表面示意图。
图4为本发明的传感器保护罩示意图。
图5为本发明的传感器安装最终示意图。
图6为本发明涉及的光纤光栅应变传感器结构示意图。
图7为本发明的第二钢管示意图。
图8为本发明的支座零件图。
图9为图8的A-A剖示图。
图中：
光纤光栅应变传感器1、传感器保护罩2、抱箍3、螺栓I 4、螺栓II 5、缆索连接筒6、缆索连接筒部位的外围钢丝7、锚杯8、预留钢管9、热缩套管10；
第一光纤光栅1-1、第二钢管1-2、第一钢管1-3、支座1-4、热缩套1-5、保护钢管1-6。
(五)具体实施方式
光纤光栅应变传感器1在缆索内的安装流程如图1所示。在缆索的穿丝、镦头工序之前，将抱箍3穿套于准备安装光纤光栅应变传感器1的缆索连接筒部位的外围钢丝7上，每根钢丝上安装2只。完成抱箍3的预安装。如图2所示。在缆索的灌锚工序结束后，将光纤光栅应变传感器1接入专用仪器进行测试，确保传感器完好。在缆索连接筒6区域内，把需布置光纤光栅应变传感器1的缆索连接筒部位的外围钢丝7表面清洗后，将光纤光栅应变传感器1用抱箍3固定于缆索连接筒部位的外围钢丝7表面，抱箍3用螺栓I 4锁紧，抱箍3与光纤光栅应变传感器1的支座1-4之间用螺栓II 5锁紧；抱箍3材料选用弹性好、耐腐蚀的金属材料。螺栓I 4和螺栓II 5选用不锈钢螺栓或其他耐久性材料的螺栓。螺栓锁紧过程中需控制预紧力，并辅以仪表监测光纤光栅读数变化，完成后对机械连接的抱箍3结构使用环氧胶进行加固。固定于缆索连接筒部位的外围钢丝7表面的光纤光栅应变传感器1安装示意图如图3所示。待光纤光栅应变传感器1固定完成后，外加如图4所示的传感器保护罩2对固定于缆索连接筒部位的外围钢丝7表面的光纤光栅应变传感器1进行保护，传感器保护罩2与缆索连接筒部位的外围钢丝7空隙处密封。传感器保护罩尺寸要紧密贴合缆索连接筒部位的外围钢丝7及光纤光栅应变传感器1连接端面尺寸设计，传感器保护罩2材料选用不锈钢材料或其他耐腐蚀的金属材料。将光纤光栅应变传感器1的尾纤穿入一置于所述缆索连接筒6和锚杯7内预留钢管9通道中，如图5所示，尾纤与所述预留钢管9连接处用热缩套管10热缩保护。将从锚杯8内接出的光纤光栅应变传感器1的尾纤接入仪器进行测试，确保光纤光栅应变传感器1传输信号完好。缆索套上连接筒，灌入连接筒密封填料，进行连接筒的常温固化环节。最后通过缆索的张拉工序对索内埋植的光纤光栅应变传感器1进行标定，以此标定数据作为智能索后期运营阶段索力测试时的基础。
参见图6，图6为本发明涉及的光纤光栅应变传感器结构示意图。由图6可以看出，所述光纤光栅应变传感器1，包括第一光纤光栅1-1、第二钢管1-2、第一钢管1-3、支座1-4、热缩套1-5和保护钢管1-6，所述保护钢管1-6有一件，第一钢管1-3、支座1-4和第二钢管1-2均有二件，二件第一钢管1-3、二件支座1-4和二件第二钢管1-2左右对称布置于所述保护钢管1-6的左右两边，其中第二钢管1-2的直径＜第一钢管1-3的直径＜保护钢管1-6的直径，所述第二钢管1-2中间轴向开槽，如图7，将支座1-4上部区域穿孔，支座1-4侧向开孔，如图8和图9，将一定标距的第一钢管1-3中间穿过所述支座1-4上部区域穿孔连接在支座1-4上，所述第一钢管1-3中间径向切开分成两件，切割的目的是将力直接传递到光纤光栅上，即直接拉光纤光栅，避免了第一钢管1-3直接承受大应变。将直径略大、长度合适的保护钢管1-6的两端分别套装在所述二件第一钢管1-3的一端，保护第一钢管1-3切开后连接位置，第一钢管1-3的另一端套装在所述第二钢管1-2的一端，将第一光纤光栅1-1穿过第一钢管1-3、第二钢管1-2和保护钢管1-6，光栅栅区在保护钢管1-6中心位置，将第一光纤光栅1-1两端用胶固定在第二钢管1-2的槽内，第二钢管1-2外套热缩套1-5保护开槽部位，所述第一光纤光栅1-1两端尾纤由所述第二钢管1-2的另一端引出。

Claims (2)

1.一种缆索内置光纤光栅应变传感器的安装方法，其特征在于所述方法包括以下工艺过程：
在缆索的穿丝、镦头工序之前，将抱箍穿套于准备安装光纤光栅应变传感器的缆索连接筒部位的外围钢丝上，完成抱箍的预安装；
在缆索的灌锚工序结束后，在缆索连接筒区域内，将光纤光栅应变传感器用抱箍固定于缆索连接筒部位的外围钢丝表面，抱箍用螺栓I锁紧，抱箍与光纤光栅应变传感器的支座之间用螺栓II锁紧，螺栓锁紧过程中辅以仪表监测光纤光栅读数变化，完成后对机械连接的抱箍结构使用环氧胶进行加固；
待光纤光栅应变传感器固定完成后，外加传感器保护罩对固定于缆索连接筒部位的外围钢丝表面的光纤光栅应变传感器进行保护，传感器保护罩与缆索连接筒部位的外围钢丝空隙处密封；
将光纤光栅应变传感器的尾纤穿入一置于所述缆索连接筒和锚杯内预留的钢管通道中，尾纤与所述预留钢管连接处用热缩套管热缩保护；
将从锚杯内接出的光纤光栅应变传感器的尾纤接入仪器进行测试；
缆索套上连接筒，灌入连接筒密封填料，进行连接筒的常温固化环节；
最后通过缆索的张拉工序对索内埋植的光纤光栅应变传感器进行标定，以此标定数据作为所述缆索后期运营阶段索力测试时的基础。
2.根据权利要求1所述的一种缆索内置光纤光栅应变传感器的安装方法，其特征在于所述光纤光栅应变传感器(1)，包括第一光纤光栅(1-1)、第二钢管(1-2)、第一钢管(1-3)、支座(1-4)、热缩套(1-5)和保护钢管(1-6)，所述保护钢管(1-6)有一件，第一钢管(1-3)、支座(1-4)和第二钢管(1-2)均有二件，二件第一钢管(1-3)、二件支座(1-4)和二件第二钢管(1-2)左右对称布置于所述保护钢管(1-6)的左右两边，其中第二钢管(1-2)的直径＜第一钢管(1-3)的直径＜保护钢管(1-6)的直径，所述第二钢管(1-2)中间轴向开槽，将支座(1-4)上部区域穿孔，将第一钢管(1-3)中间穿过所述支座(1-4)上部区域穿孔连接在支座(1-4)上，所述第一钢管(1-3)中间径向切开分成两件，将保护钢管(1-6)的两端分别套装在所述二件第一钢管(1-3)的一端，第一钢管(1-3)的另一端套装在所述第二钢管(1-2)的一端，将第一光纤光栅(1-1)穿过第一钢管(1-3)、第二钢管(1-2)和保护钢管(1-6)，光栅栅区在保护钢管(1-6)中心位置，将第一光纤光栅(1-1)两端用胶固定在第二钢管(1-2)的槽内，第二钢管(1-2)外套热缩套(1-5)，所述第一光纤光栅(1-1)两端尾纤由所述第二钢管(1-2)的另一端引出。
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