CN114526685A - 一种可换式光纤光栅智能拉索及其更换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可换式光纤光栅智能拉索及其更换方法，包括索体、分丝板、锚杯、螺纹连接头和带光纤光栅的钢铰线，所述索体穿过锚杯的一端，索体内的钢铰线分别穿过位于锚杯另一端的分丝板；其中中心丝钢铰线短于索体其他钢铰线，中心丝钢铰线卡接在螺纹连接头的一端，螺纹连接头的另一端固定在分丝板的中心孔的一侧且在其端部内侧设有内螺纹结构，所述带光纤光栅的钢铰线的一端外表面设有外螺纹结构，穿过分丝板的中心孔与螺纹连接头螺纹连接。本发明可以实现光纤光栅智能方便快捷的更换及拆卸，无需使用卷扬机、千斤顶等大型设备即可完成。

Description

一种可换式光纤光栅智能拉索及其更换方法

技术领域

本发明涉及一种智能拉索技术领域，尤其涉及一种可换式光纤光栅智能拉索及其更换方法。

背景技术

目前，智能光纤光栅拉索技术已经逐渐成熟，该类拉索中耦合有光纤光栅传感器的预应力筋(智能筋)，但是其使用寿命一般小于拉索的使用寿命，并且光纤光栅传感器通常在制索体时预埋，后续制索过程中极易造成损坏。光纤为脆性材料，其受力后拉伸应变量小于钢材，无法应用于较长的拉索。

现有光纤光栅与拉索耦合技术，大多数都是将光纤光栅传感器植入拉索索体中，但智能筋不参与拉索整体受力，导致拉索达不到公称的力学性能。光纤光栅传感器伴随拉索制造的过程中极易损坏，同时在施工挂索张拉过程中，光纤光栅传感器的信号线容易被大型器械损坏，并且该过程不可逆转，造成较大的经济损失和材料浪费。由于光纤光栅传感器拉伸后应变量小于拉索索体中的预应力筋，该技术无法应用于较长的拉索。

现有技术中，中国专利CN209353151U公开了一种可换监测元件的智能拉索，所述拉索中沿纵向方向全长至少有一个孔道，该孔道中有一监测元件，其更换方法为对拉索索体内全长的光纤光栅智能筋进行更换，需使用卷扬机、千斤顶等大型设备，消耗大量人力物力；并且该方法对拉索前、后端空间要求较高，在实桥上往往难以实现。另外，其光纤光栅智能筋锚固在锚杯内填充的环氧砂浆端面，拉索在出厂超张拉或在桥上服役过程中，其内部环氧砂浆会产生内缩，环氧砂浆端部易开裂，光纤光栅智能筋锚固在该位置时，容易受环氧砂浆开裂导致锚固松脱，监测失效。

中国专利CN210833948U公开了一种可更换智能筋的拉索体系，包括索体以及位于索体端部的锚固件，锚固件为锚杯、螺母、环氧砂浆，在锚固件上通过螺纹的方式植入可换式的光纤光栅智能筋。其原理是测量锚固件的变形来计算拉索的索力，属于间接测量方式，相较于测量拉索整体变形的直接测量方式，间接测量精度较差，实用性不高。

现有光纤光栅更换技术提出对拉索索体内全长的光纤光栅智能筋进行更换，需使用卷扬机、千斤顶等大型设备，消耗大量人力物力；并且该方法对拉索前、后端空间要求较高，在实桥上往往难以实现。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种可换式光纤光栅智能拉索及其更换方法，可以实现光纤光栅智能筋的简易和快速的更换，无需使用卷扬机、千斤顶等大型设备即可完成。

本发明采取以下技术方案实现上述目的：

一种可换式光纤光栅智能拉索，包括索体、分丝板、锚杯、螺纹连接头和带光纤光栅的钢铰线，所述索体穿过锚杯的一端，索体内的钢铰线分别穿过位于锚杯另一端的分丝板；其中中心丝钢铰线短于索体其他钢铰线，中心丝钢铰线卡接在螺纹连接头的一端，螺纹连接头的另一端固定在分丝板的中心孔的一侧且在其端部内侧设有内螺纹结构，所述带光纤光栅的钢铰线的一端外表面设有外螺纹结构，穿过分丝板的中心孔与螺纹连接头螺纹连接。

进一步的，所述中心丝钢铰线通过螺纹连接或端部墩头卡接的方式卡接在螺纹连接头的一端。

进一步的，还包括螺纹套，所述螺纹套的内侧表面设置内螺纹结构，所述螺纹套的外侧表面设置外螺纹结构，所述带光纤光栅的钢铰线的一端先与螺纹套的内侧表面螺纹连接，再通过螺纹套的外侧表面与螺纹连接头的另一端的内螺纹结构螺纹连接。

进一步的，还包括锁紧螺母，所述带光纤光栅的钢铰线的另一端外表面设有与锁紧螺母内螺纹相配合的外螺纹结构，所述带光纤光栅的钢铰线通过锁紧螺母与分丝板的锚孔相锚接。

进一步的，还包括与带光纤光栅的钢铰线通过螺纹连接的外侧螺母，所述外侧螺母设置在锁紧螺母的外侧。

一种可换式光纤光栅智能拉索的更换方法，应用于前述的可换式光纤光栅智能拉索，包括以下步骤：

步骤1:依次卸下待更换带光纤光栅的钢铰线上的外侧螺母和锁紧螺母；

步骤2:扭松待更换的带光纤光栅的钢铰线与螺纹连接头的螺纹连接，并最终卸下待更换的带光纤光栅的钢铰线；

步骤3:将新的带光纤光栅的钢铰线穿入分丝板，并扭紧其与螺纹连接头的螺纹连接，依次装上锁紧螺母和外侧螺母；

步骤4:重新对带光纤光栅的钢铰线进行锚固，调节锁紧螺母和外侧螺母的张紧程度；

步骤5:对新的光纤光栅传感器进行标定，完成光纤光栅智能拉索的更换。

本发明所述可换式光纤光栅智能拉索的一种制作方法，针对钢丝冷铸锚和钢丝热铸锚，索体制作完成后，穿入分丝板时，将索体中心丝钢铰线剪断4～7厘米，将螺纹连接头穿入中心丝，在钢铰线剪断处墩头，退回螺纹连接头，螺纹连接头前端与中心丝钢铰线间隙处做密封处理，后端与分丝板固接，避免灌浆料进入螺纹连接头。灌注料固化完成后，拉索超张拉前，从分丝板中间螺纹孔穿入附带光纤光栅的钢丝和螺纹套，钢丝前端和螺纹套内螺纹锁紧，螺纹套外螺纹与预留在锚头内的螺纹连接头旋紧锚固，光纤光栅钢丝可通过锚板夹片或锁紧螺母的方式锚固在锚杯盖板端面。在拉索出厂超张拉时，拉索整体发生变形，光纤光栅钢丝测量出锚杯浆体的应变量，根据拉索超张拉力值调节锚板夹片或锁紧螺母的张紧程度，对钢丝上的光纤光栅传感器进行标定，上紧外侧螺母用于防松，最后对光纤光栅传感器的信号线进行包扎防护。

由于光纤光栅信号线在运输过程和挂索过程中易损坏，光纤光栅传感器也可以在施工现场进行安装。拉索在桥上完成挂索安装后，从分丝板中间螺纹孔穿入附带光纤光栅的钢铰线和螺纹套，钢丝前端和螺纹套内螺纹锁紧，螺纹套外螺纹与预留在锚头内的螺纹连接头旋紧锚固，光纤光栅钢丝可通过锚板夹片或锁紧螺母的方式锚固在锚杯盖板端面。在拉索通过千斤顶进行张拉调整索力时，拉索整体发生变形，光纤光栅钢丝测量出锚杯浆体的应变量，根据现场千斤顶油压表数值换算成力值后，调节锚板夹片或锁紧螺母的张紧程度，对钢丝上的光纤光栅传感器进行标定，上紧外侧螺母用于防松，引出光纤光栅传感器的信号线对拉索索力进行监测。

本发明的有益效果是：

本发明公开了一种可换式光纤光栅智能拉索及其更换方法，光纤光栅智能筋布置在拉索锚头端部，长度短，不需要在拉索内部进行通长的布置，相比在拉索索体内全长布置几十米或上百米光纤光栅智能筋，具有如下优点：

1、精度高，本发明阐述的光纤光栅通过与钢丝连接，通过钢丝的变形来计算索力，属于直接测量法。

2、更换简单，无需借助卷扬机、千斤顶等大型设备，只需通过常规的扳手等工具即可，既可以满足工厂内部更换，也可以满足实桥应用过程中更换的需求。

3、对拉索整体力学性能没有影响，与智能筋连接的钢丝也会嵌入到锚固段，与拉索索体中的其它钢丝共同受力，从而保证拉索整体力学性能不降低。

4、成本更优，更利于市场推广，智慧筋短，其本身的成本可以得到提升外，嵌入拉索的制作过程相较于其它方式更简单快捷，成本也更低。

5、成活率更高，本发明的智能筋是在拉索制作梁端锚具时才嵌入进来，而索体的生产过程是不放入的，这极大的减少了智能筋参与拉索的制作工序，降低了智能筋的损坏概率。

因此，本发明除了能够解决现有技术存在的问题外，还在精度、可更换性、对拉索力学性能的影响、成本、成活率上具有明显的优势。

附图说明

图1可换式光纤光栅智能拉索整体结构示意图；

图2可换式光纤光栅智能拉索的更换结构示意图；

图中：

1-索体2-锚杯；3-分丝板；4-中心丝钢铰线；5-螺纹连接头；6-灌注料；7-带光纤光栅的钢铰线；8-螺纹套；9-锁紧螺母；10-外侧螺母；11-光纤光栅传感器；12-信号线。

信号线。

具体实施方式

下面结合附图1至图2对本发明进行详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1，一种可换式光纤光栅智能拉索，包括索体1、分丝板3、锚杯2、螺纹连接头5和带光纤光栅的钢铰线7，所述索体1穿过锚杯2的一端，索体1内的钢铰线分别穿过位于锚杯2另一端的分丝板3；其中中心丝钢铰线4短于索体其他钢铰线，中心丝钢铰线4卡接在螺纹连接头5的一端，螺纹连接头5的另一端固定在分丝板3的中心孔的一侧且在其端部内侧设有内螺纹结构，所述带光纤光栅的钢铰线7的一端外表面设有外螺纹结构，穿过分丝板3的中心孔与螺纹连接头5螺纹连接。

在本实施例中，所述中心丝钢铰线4通过端部墩头卡接的方式卡接在螺纹连接头5的一端，作为另一种替换方式，采用螺纹连接也可以实现中心丝钢铰线4卡接在螺纹连接头5的一端。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2，一种可换式光纤光栅智能拉索还包括螺纹套8，所述螺纹套8的内侧表面设置内螺纹结构，所述螺纹套8的外侧表面设置外螺纹结构，所述带光纤光栅的钢铰线7的一端先与螺纹套8的内侧表面螺纹连接，再通过螺纹套8的外侧表面与螺纹连接头5的另一端的内螺纹结构螺纹连接。

实施例3

在前述实施例的基础上，如图2，一种可换式光纤光栅智能拉索还包括锁紧螺母9，所述带光纤光栅的钢铰线7的另一端外表面设有与锁紧螺母9内螺纹相配合的外螺纹结构，所述带光纤光栅的钢铰线通过锁紧螺母9与分丝板3的锚孔相锚接。

实施例4

在前述实施例的基础上，如图2，一种可换式光纤光栅智能拉索还包括还包括与带光纤光栅的钢铰线7通过螺纹连接的外侧螺母10，所述外侧螺母10设置在锁紧螺母9的外侧。

实施例5

如图2，一种可换式光纤光栅智能拉索的更换方法，应用于前述的可换式光纤光栅智能拉索，包括以下步骤：

步骤1:依次卸下待更换带光纤光栅的钢铰线7上的外侧螺母10和锁紧螺母9；

步骤2:扭松待更换的带光纤光栅的钢铰线7与螺纹连接头5的螺纹连接，并最终卸下待更换的带光纤光栅的钢铰线7；

步骤3:将新的带光纤光栅的钢铰线7穿入分丝板3，并扭紧其与螺纹连接头5的螺纹连接，依次装上锁紧螺母9和外侧螺母10；

步骤4:重新对带光纤光栅的钢铰线7进行锚固，调节锁紧螺母9和外侧螺母10的张紧程度；

步骤5:对新的光纤光栅传感器进行标定，完成光纤光栅智能拉索的更换。

实施例6

前述实施例中可换式光纤光栅钢丝冷铸锚智能拉索的一种制作方法，索体1制作完成后，穿入分丝板3时，将索体中心丝钢铰线4剪断约5厘米，将螺纹连接头5穿入中心丝钢铰线4，在中心丝钢铰线4剪断处墩头，退回螺纹连接头5，螺纹连接头5前端与中心丝钢铰线4间隙处做密封处理，后端与分丝板3固定连接，避免灌注料6进入螺纹连接头5。灌注料6固化完成后，拉索超张拉前，从分丝板3中心孔穿入附带光纤光栅的钢铰线7和螺纹套8，带光纤光栅的钢铰线7前端和螺纹套8内螺纹锁紧，螺纹套8外螺纹与预留在锚头内的螺纹连接头5旋紧锚固，带光纤光栅的钢铰线7可通过锁紧螺母9锚固在锚杯2盖板端面。在拉索出厂超张拉时，拉索整体发生变形，带光纤光栅的钢铰线7测量出锚杯2浆体的应变量，根据拉索超张拉力值调节锁紧螺母9的张紧程度，对带光纤光栅的钢铰线7上的光纤光栅传感器进行标定，上紧外侧螺母10用于防松，最后对光纤光栅传感器的信号线12进行包扎防护。

本发明所述可换式光纤光栅智能拉索及其更换方法，在满足光纤光栅传感器能够直接检测预应力筋索力的同时，方便更换及拆卸，无需使用卷扬机、千斤顶等大型设备，节约了大量的人力物力。

虽然，上文中已经用具体实施方式，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种可换式光纤光栅智能拉索，其特征在于：包括索体、分丝板、锚杯、螺纹连接头和带光纤光栅的钢铰线，所述索体穿过锚杯的一端，索体内的钢铰线分别穿过位于锚杯另一端的分丝板；其中中心丝钢铰线短于索体其他钢铰线，中心丝钢铰线卡接在螺纹连接头的一端，螺纹连接头的另一端固定在分丝板的中心孔的一侧且在其端部内侧设有内螺纹结构，所述带光纤光栅的钢铰线的一端外表面设有外螺纹结构，穿过分丝板的中心孔与螺纹连接头螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种可换式光纤光栅智能拉索，其特征在于：还包括螺纹套，所述螺纹套的内侧表面设置内螺纹结构，所述螺纹套的外侧表面设置外螺纹结构，所述带光纤光栅的钢铰线的一端先与螺纹套的内侧表面螺纹连接，再通过螺纹套的外侧表面与螺纹连接头的另一端的内螺纹结构螺纹连接。

3.根据权利要求1至2中任一所述的一种可换式光纤光栅智能拉索，其特征在于：还包括锁紧螺母，所述带光纤光栅的钢铰线的另一端外表面设有与锁紧螺母内螺纹相配合的外螺纹结构，所述带光纤光栅的钢铰线通过锁紧螺母与分丝板的锚孔相锚接。

4.根据权利要求3所述的一种可换式光纤光栅智能拉索，其特征在于：还包括与带光纤光栅的钢铰线通过螺纹连接的外侧螺母，所述外侧螺母设置在锁紧螺母的外侧。

5.一种可换式光纤光栅智能拉索的更换方法，应用于包括权利要求4中任意一项所述的可换式光纤光栅智能拉索，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1:依次卸下待更换带光纤光栅的钢铰线上的外侧螺母和锁紧螺母；

步骤2:扭松待更换的带光纤光栅的钢铰线与螺纹连接头的螺纹连接，并最终卸下待更换的带光纤光栅的钢铰线；

步骤3:将新的带光纤光栅的钢铰线穿入分丝板，并扭紧其与螺纹连接头的螺纹连接，依次装上锁紧螺母和外侧螺母；

步骤4:重新对带光纤光栅的钢铰线进行锚固，调节锁紧螺母和外侧螺母的张紧程度；

步骤5:对新的光纤光栅传感器进行标定，完成光纤光栅智能拉索的更换。

Images