CN116335030A - 一种智慧钢绞线结构体系 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智慧钢绞线结构体系，包括钢绞线索体以及依次设置在所述钢绞线索体端部的锚具和接线端子，所述钢绞线索体的中心丝上沿所述钢绞线索体的轴向布设有应变光纤和温度光纤；所述应变光纤和所述温度光纤的一端延伸出所述中心丝的外部，并与接线端子内的两个光纤插口连接；所述锚具的中部开设有中心孔，所述中心孔上可拆卸连接有限位装置，所述钢绞线索体通过所述限位装置卡设在所述中心孔上。本发明通过在中心丝上沿钢绞线索体的通长布设应变光纤和温度光纤，对钢绞线索体进行全长度应力测量和全长度温度测量，可以实现应变数据的温度校正，大大提高了对钢绞线应变测量的准确性。

Description

一种智慧钢绞线结构体系
技术领域
本发明涉及建筑工程领域。更具体地说，本发明涉及一种智慧钢绞线结构体系。
背景技术
钢绞线是由多根钢丝捻制而成的单股钢丝绳，常作为主要受力构件应用到如桥梁拉索、预应力混凝土构件、岩土锚索等工程结构中。钢绞线长期使用在高应力状态，其受力状态的正常与否时刻关系到工程结构的使用安全，钢绞线容易受到周围环境的影响，发生腐蚀生锈，预应力损失，进而影响其工作性能。所以，必须对钢绞线的受力使用状态和工作环境进行长期实时的监测，通过监测数据掌握钢绞线的应力状态，确保工程结构的使用安全。
而现有的智能钢绞线技术采用在钢绞线的端部布设光纤，其只能对钢绞线的局部进行监测，监测数据不全面；同时由于温度的影响，测量钢绞线的变形必须进行温度校正，而现有智能钢绞线技术均未能实现应变和温度同时测量。此外，光纤接线端子、钢绞线锚具等配套结构是智慧钢绞线结构体系必不可少的组成部分。现有光纤接线端子对光纤的保护有效性较低，当钢绞线中设置多根光纤同步监测时，无法同时保护多根光纤，而钢绞线锚具在锚固智慧钢绞线时由于光纤的存在，需要经过一定处理方能使用，而且可能损坏光纤。鉴于以上问题，亟待开发一种智慧钢绞线结构体系。
发明内容
本发明还有一个目的是提供一种对钢绞线索体进行全长度应力测量和全长度温度测量，可以实现应变数据的温度校正，提高对钢绞线应变测量的准确性的智慧钢绞线结构体系。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种智慧钢绞线结构体系，包括钢绞线索体以及依次设置在所述钢绞线索体端部的锚具和接线端子，所述钢绞线索体包括中心丝以及扭绞于所述中心丝外周的多个边丝，所述中心丝上沿所述钢绞线索体的轴向布设有应变光纤和温度光纤；
所述接线端子包括依次通过螺纹连接的挤压套、连接筒和固定套，所述挤压套套设在所述钢绞线索体的外侧壁上，所述应变光纤和所述温度光纤靠近所述接线端子的一端延伸出所述中心丝的外部，并依次穿过所述挤压套和所述连接筒与固定设置在所述固定套内部的两个光纤插口连接；
所述锚具的中部开设有中心孔，其贯穿所述锚具的两端，所述中心孔上可拆卸连接有限位装置，所述钢绞线索体通过所述限位装置卡设在所述中心孔上，所述锚具上还开设有多个边孔，其沿所述中心孔的外周间隔设置，所述中心孔的直径大于所述接线端子的外部尺寸。
优选的是，所述中心丝为第一钢丝，其外侧壁开设有两个相互平行的第一钢丝槽，任一第一钢丝槽为直线形，其沿所述钢绞线索体的轴向设置，所述应变光纤和所述温度光纤分别粘贴于两个所述第一钢丝槽内。
优选的是，所述中心丝为第二钢丝，其外侧壁开设有两个相互平行的第二钢丝槽，任一第二钢丝槽为螺旋形，其沿所述钢绞线索体的轴向螺旋设置，所述应变光纤和所述温度光纤分别粘贴于两个所述第二钢丝槽内。
优选的是，所述中心丝为螺旋肋钢丝，所述应变光纤和所述温度光纤绕设于所述螺旋肋钢丝的其中两个肋上。
优选的是，所述中心丝包括相互扭绞的第一钢管和两个第一中心体，所述温度光纤设置在所述第一钢管的中部，所述温度光纤和所述第一钢管之间的间隙填充有芳纶纤维绳，任一第一中心体为相同的第一钢管或第三钢丝，所述应变光纤设置在所述第一钢管或第三钢丝上。
优选的是，所述中心丝包括细钢丝以及扭绞于所述细钢丝外周的第二钢管和两个第二中心体，所述温度光纤设置在所述第二钢管的中部，所述温度光纤和所述第二钢管之间的间隙填充有芳纶纤维绳，任一第二中心体为相同的第二钢管或第四钢丝，所述应变光纤设置在所述第二钢管或第四钢丝上。
优选的是，任一中心丝的外周包覆有铝箔。
优选的是，所述限位装置包括两个哈弗块，任一哈弗块为半弧板结构，所述哈弗块的内弧面相对设置并共同形成内孔，所述内孔的直径与所述钢绞线索体的外直径相匹配。
优选的是，两个所述哈弗块共同形成锥台型哈弗式结构，其直径较小的端部卡入所述中心孔内。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明通过在中心丝上沿钢绞线索体的通长布设应变光纤和温度光纤，对钢绞线索体进行全长度应力测量和全长度温度测量，可以实现应变数据的温度校正，大大提高了对钢绞线应变测量的准确性；通过设置接线端子和锚具解决对多根光纤端头的保护问题以及普通钢绞线锚具不适用设有光纤的钢绞线索体锚固的问题；
2、本发明通过设置多种中心丝的结构，解决了现有的智慧钢绞线技术布设的光纤与钢绞线变形不协调的问题，提高了对光纤的保护，且多种中心丝的结构，使实际应用过程中根据情况灵活选用，应用更广泛，适应性更强；
3、本发明的锚具采用中心开孔，内嵌哈弗块的结构，当钢绞线索体的直径发生变化时，可通过更换不同尺寸(内孔直径)的哈弗块即可适应新的钢绞线索体，不需要整体重做锚具，有利于提高钢绞线索体的锚固效率并控制施工成本。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明实施1的中心丝结构的正视结构示意图；
图2为本发明实施1的中心丝结构的侧视结构示意图；
图3为本发明实施2的中心丝结构的正视结构示意图；
图4为本发明实施2的中心丝结构的侧视结构示意图；
图5为本发明实施3的中心丝结构的正视结构示意图；
图6为本发明实施3的中心丝结构的侧视结构示意图；
图7为本发明实施4的中心丝结构的正视结构示意图；
图8为本发明实施4的中心丝结构的侧视结构示意图；
图9为本发明实施5的中心丝结构的正视结构示意图；
图10为本发明实施5的中心丝结构的侧视结构示意图；
图11为本发明接线端子的结构示意图；
图12为本发明锚具的结构示意图；
说明书附图标记说明：
1、钢绞线索体，101、边丝，102、细钢丝，103、铝箔，104、温度光纤，105、应变光纤，106、第一钢丝，107、芳纶纤维绳，108、螺旋肋钢丝，109、第二钢丝，110、第三钢丝，111、第一钢管，112、第二钢管，2、挤压套，201、连接筒，202、固定套，203、光纤插口，3、锚具，301、边孔，302、哈弗块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-12所示，本发明提供一种智慧钢绞线结构体系，包括钢绞线索体1以及依次设置在所述钢绞线索体端部的锚具3和接线端子，所述钢绞线索体1包括中心丝以及扭绞于所述中心丝外周的多个边丝101，所述中心丝上沿所述钢绞线索体1的轴向布设有应变光纤105和温度光纤104；
所述接线端子包括依次通过螺纹连接的挤压套2、连接筒201和固定套202，所述挤压套2套设在所述钢绞线索体1的外侧壁上，所述应变光纤105和所述温度光纤104靠近所述接线端子的一端延伸出所述中心丝的外部，并依次穿过所述挤压套2和所述连接筒201与固定设置在所述固定套202内部的两个光纤插口203连接；
所述锚具3的中部开设有中心孔，其贯穿所述锚具3的两端，所述中心孔上可拆卸连接有限位装置，所述钢绞线索体1通过所述限位装置卡设在所述中心孔上，所述锚具3上还开设有多个边孔301，其沿所述中心孔的外周间隔设置，所述中心孔的直径大于所述接线端子的外部尺寸。
在上述技术方案中，如图11和12所示，钢绞线索体1的中心丝上埋设有两根光纤，分别为应变光纤105和温度光纤104，应变光纤105和温度光纤104均沿钢绞线索体1通长布置，实现了对钢绞线索体1应变和温度数据的全长度测量，同时还可以实现应变数据的温度校正，大大提高了对钢绞线索体1应变测量的准确性；应变光纤105和温度光纤104设置在中心丝上，也可避免现有的智慧钢绞线利用边丝101之间的间隙布置光纤而无法很好的保护光纤的问题，应变光纤105和温度光纤104采用分布式光栅传感器；钢绞线索体1安装到工程结构上后，需将其端部与接线端子连接，以实现光纤数据的传输，具体的：接线端子由挤压套2、连接筒201和固定套202组成，挤压套2和固定套202靠近连接筒201的一端设有外螺纹，连接筒201的两端对应外螺纹处设有相应的内螺纹，以分别与挤压套2和固定套202连接，挤压套2套设在钢绞线索体1上，以实现钢绞线索体1的端部和接线端子的连接，应变光纤105和温度光纤104从中心丝的端部伸出后，依次穿过挤压套2、连接筒201，连接于固定套202内的光纤插口203上，光纤插口203与外部解调设备连接，实现数据传输；连接时，可根据光纤伸出中心丝的长度，调节连接筒201上外螺纹与挤压套2和固定套202上内螺纹的连接长度，以延长或缩短接线端子的长度尺寸，从而使光纤在接线端子的内部处于拉直状态，以获得更好的测量效果；连接筒201的内部为中空结构，若光纤伸出的长度超过接线端子的最大长度尺寸，可将光纤的余长收纳于连接筒201内，从而保护光纤，避免光纤受到损伤；随后将锚具3安装至钢绞线索体1上，实现对钢绞线索体1的锚固，锚具3采用中心开孔，限位装置独立嵌入锚具3中心孔的结构，对钢绞线索体1进行锚固时，先将限位装置从中心孔上拆卸下来，将锚具3的中心孔从钢绞线索体1上设有接线端子的一端穿入至钢绞线索体1上，再将限位装置卡入中心孔内，实现对钢绞线索体1的锚固；中心孔的直径大于接线端子的外部尺寸，使得中心孔可以无障碍的快速穿过接线端子，并进行下一步的锚固作业，且在穿线和锚固过程中不易对钢绞线索体1内的光纤部分造成损伤，保证了钢绞线索体1的锚固质量；锚具3上的中心孔适用于设有光纤的钢绞线索体1，锚具3上的边孔301适用于普通钢绞线，锚具3在使用时，更加适应群锚复杂的张拉作业且不需要改变现有施工工艺。
在另一种技术方案中，所述中心丝为第一钢丝106，其外侧壁开设有两个相互平行的第一钢丝槽，任一第一钢丝槽为直线形，其沿所述钢绞线索体1的轴向设置，所述应变光纤105和所述温度光纤104分别粘贴于两个所述第一钢丝槽内；所述中心丝为第二钢丝109，其外侧壁开设有两个相互平行的第二钢丝槽，任一第二钢丝槽为螺旋形，其沿所述钢绞线索体1的轴向螺旋设置，所述应变光纤105和所述温度光纤104分别粘贴于两个所述第二钢丝槽内；所述中心丝为螺旋肋钢丝108，所述应变光纤105和所述温度光纤104绕设于所述螺旋肋钢丝108的其中两个肋上；所述中心丝包括相互扭绞的第一钢管111和两个第一中心体，所述温度光纤104设置在所述第一钢管111的中部，所述温度光纤104和所述第一钢管111之间的间隙填充有芳纶纤维绳107，任一第一中心体为相同的第一钢管111或第三钢丝110，所述应变光纤105设置在所述第一钢管111或第三钢丝110上；所述中心丝包括细钢丝102以及扭绞于所述细钢丝102外周的第二钢管112和两个第二中心体，所述温度光纤104设置在所述第二钢管112的中部，所述温度光纤104和所述第二钢管112之间的间隙填充有芳纶纤维绳107，任一第二中心体为相同的第二钢管112或第四钢丝，所述应变光纤105设置在所述第二钢管112或第四钢丝上。
在本技术方案中，为避免现有的智慧钢绞线技术采用内嵌光纤光栅传感器的FRP筋替换中心丝的方法，从而导致的光纤与钢绞线的变形不协调导致监测数据精度较低的问题，本发明的钢绞线索体的中心丝的结构设置有多种，使实际应用过程中可根据情况灵活选用，应用更广泛，适应性更强，提高施工的简便性，同时也可提高对钢绞线索体1应力应变测量的准确性并提高对光纤的保护。
<实施例1>
如图1-2所示，该中心丝为第一钢丝106，第一钢丝106为普通钢丝，其上开设有两道通长的直线形的第一钢丝槽，两道第一钢丝槽可以沿着第一钢丝106的径向对称设置，也可以不对称设置，应变光纤105和温度光纤104通过热熔胶分别粘贴在两道第一钢丝槽内。
<实施例2>
如图3-4所示，该中心丝为第二钢丝109，第二钢丝109为普通钢丝且与第一钢丝106的直径相同，第二钢丝109上开设有两道通长的螺旋形的第二钢丝槽，两道第二钢丝槽可以沿着第二钢丝109的径向对称设置，也可以不对称设置，应变光纤105和温度光纤104通过热熔胶螺旋的粘贴在第二钢丝槽内。第二钢丝槽设置成螺旋形，使得光纤可以螺旋的粘贴在第二钢丝槽内，增加光纤布设时的长度，提高实际的应变测量范围，第二钢丝槽还可以根据需要加工特殊的开槽角度，以满足现场施工需求。
螺旋布设的光纤，其应变优于直线形布设的光纤，在实际施工中，若工程结构所需测量的应变较小时，可采用实施例1的中心丝结构制成的钢绞线索体1，若工程结构所需测量的应变较大时，可采用本实施例的中心丝结构制成的钢绞线索体1，以保证测量结果的准确性。
<实施例3>
如图5-6所示，该中心丝为螺旋肋钢丝108，应变光纤105和温度光纤104通过热熔胶螺旋粘贴在螺旋肋钢丝108表面的肋上，其同样可以提供一定的光纤绕设角度，增加光纤布设时的长度，提高实际的应变测量范围，应变优于直线形布设的光纤，且螺旋肋钢丝108可以直接使用，不需要二次加工，若工程结构所需测量的应变较大，且施工现场不便对普通钢丝开槽加工时，可根据现场资源调度情况灵活选择可以使用的螺旋肋钢丝108以制成中心丝结构。
<实施例4>
为避免温度光纤104的测量结果受到外界干扰，该中心丝的结构由直径相同的一个第一钢管111和两个中心体同心扭绞形成，温度光纤104设置在第一钢管111内，并通过芳纶纤维绳107将温度光纤104和第一钢管111的内壁隔开，防止第一钢管111的温度影响其测量结果，保证温度光纤104测量时的精度；两个中心体可以由两个第一钢管111组成，应变光纤105设置在其中一个第一钢管111的内部；也可以由一个第一钢管111和一个第三钢丝110组成，应变光纤105可以设置在第一钢管111内，也可以在第三钢丝110的表面开设直线形槽或螺旋形槽，应变光纤105粘贴在槽内；还可以由两个第三钢丝110组成，其中一个第三钢丝110的表面开设有放置应变光纤105的螺旋形槽或直线形槽。对结构所处环境的温度有特殊需要或者有精度需求的，可以采用本实施例的中心丝结构制成的钢绞线索体1，且当工程结构所需测量的应变较小时，为方便加工，可直接在第三钢丝110上开设直线形槽，若工程结构所需测量的应变较大时，需在第三钢丝110上开设螺旋形槽。
在加工本实施例的中心丝结构时，该中心丝结构的中心距离其外侧边缘最远的距离需等于第一钢丝106的半径，使得该中心丝结构的直径与第一钢丝106的直径相同，在空间上更接近第一钢丝106的空间，在不改变钢绞线索体1制备工艺的前提下，将该中心丝结构和边丝101扭绞形成钢绞线索体1，也可以保证中心丝与边丝101之间扭绞的紧密性，提高中心丝的稳定性，如图7-8所示，该中心丝的结构由一个第一钢管111和两个第三钢丝110同心扭绞形成，其中一个第三钢丝110的表面开设有放置应变光纤105的螺旋形槽。
<实施例5>
为方便中心丝结构的加工，该中心丝结构由一个细钢丝102、一个第二钢管112和两个第二中心体组成，在加工中心丝结构时，以细钢丝102为中心轴，第二钢管112和两个第二中心体绕着细钢丝102扭绞即可完成对中心丝结构的加工。同样的，为避免温度光纤104的测量结果受到外界干扰，温度光纤104设置在第二钢管112内，并通过芳纶纤维绳107将温度光纤104和第二钢管112的内壁隔开；两个第二中心体可以由两个第二钢管112组成，应变光纤105设置在其中一个第二钢管112的内部；也可以由一个第二钢管112和一个第四钢丝组成，应变光纤105可以设置在第二钢管112内，也可以在第四钢丝的表面开设直线形槽或螺旋形槽，应变光纤105粘贴在槽内；还可以由两个第四钢丝组成，其中一个第四钢丝的表面开设有放置应变光纤105的螺旋形槽或直线形槽。
同实施例4，在加工本实施例的中心丝结构时，该中心丝结构的中心距离其外侧边缘最远的距离需等于第一钢丝106的半径，以保证中心丝与边丝101之间扭绞的紧密性，提高中心丝的稳定性，如图9-10所示，该中心丝的结构由细钢丝102以及扭绞于其外周的三个第二钢管112组成，应变光纤105和温度光纤104分布于其中的两个第二钢管112内。
在另一种技术方案中，任一中心丝的外周包覆有铝箔103。
在本技术方案中，上述实施例1-5中的中心丝结构的外周均包覆有铝箔103，铝箔103为圆筒形，其设置在中心丝和边丝101之间，一方面可避免外界因素影响光纤的信号传输，一方面将光纤裸露在外的部分包覆起来，避免光纤与边丝101的摩擦，保护光纤，同时也增强了中心丝的结构强度。
在另一种技术方案中，所述限位装置包括两个哈弗块302，任一哈弗块302为半弧板结构，所述哈弗块302的内弧面相对设置并共同形成内孔，所述内孔的直径与所述钢绞线索体1的外直径相匹配。
在本技术方案中，如图12所示，限位装置为两个半弧板结构的哈弗块302，两个哈弗块302拼合后共同形成内孔，将哈弗卡入中心孔对钢绞线索体1锚固时，钢绞线索体1位于内孔处，哈弗块302的外侧壁与中心孔的内侧壁相对压紧，内孔的内侧壁受到径向挤压锁紧钢绞线索体1，即完成对钢绞线索体1的快速、稳定、可靠锚固。
在另一种技术方案中，两个所述哈弗块302共同形成锥台型哈弗式结构，其直径较小的端部卡入所述中心孔内。
在本技术方案中，两个哈弗块302的外侧壁共同形成锥台型结构，即一端窄(直径较小)另一端宽(直径较大)的结构，在实际安装时，为方便限位装置与中心孔的卡接，中心孔的直径大小处于锥台的两端直径大小之间，使哈弗块302的窄端能够顺利卡入中心孔内，随着卡入深度的增加，哈弗块302的外锥面逐步压紧中心孔内壁并完成对钢绞线索体1的限位，进而保证钢绞线索体1的锚固质量；当钢绞线索体1的直径发生变化时，可通过更换不同尺寸(内孔直径)的哈弗块302即可适应新的钢绞线索体1，不需要整体重做锚具3，有利于提高钢绞线索体1的锚固效率并控制施工成本。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种智慧钢绞线结构体系，包括钢绞线索体以及依次设置在所述钢绞线索体端部的锚具和接线端子，其特征在于，所述钢绞线索体包括中心丝以及扭绞于所述中心丝外周的多个边丝，所述中心丝上沿所述钢绞线索体的轴向布设有应变光纤和温度光纤；
所述接线端子包括依次通过螺纹连接的挤压套、连接筒和固定套，所述挤压套套设在所述钢绞线索体的外侧壁上，所述应变光纤和所述温度光纤靠近所述接线端子的一端延伸出所述中心丝的外部，并依次穿过所述挤压套和所述连接筒与固定设置在所述固定套内部的两个光纤插口连接；
所述锚具的中部开设有中心孔，其贯穿所述锚具的两端，所述中心孔上可拆卸连接有限位装置，所述钢绞线索体通过所述限位装置卡设在所述中心孔上，所述锚具上还开设有多个边孔，其沿所述中心孔的外周间隔设置，所述中心孔的直径大于所述接线端子的外部尺寸。
2.如权利要求1所述的智慧钢绞线结构体系，其特征在于，所述中心丝为第一钢丝，其外侧壁开设有两个相互平行的第一钢丝槽，任一第一钢丝槽为直线形，其沿所述钢绞线索体的轴向设置，所述应变光纤和所述温度光纤分别粘贴于两个所述第一钢丝槽内。
3.如权利要求1所述的智慧钢绞线结构体系，其特征在于，所述中心丝为第二钢丝，其外侧壁开设有两个相互平行的第二钢丝槽，任一第二钢丝槽为螺旋形，其沿所述钢绞线索体的轴向螺旋设置，所述应变光纤和所述温度光纤分别粘贴于两个所述第二钢丝槽内。
4.如权利要求1所述的智慧钢绞线结构体系，其特征在于，所述中心丝为螺旋肋钢丝，所述应变光纤和所述温度光纤绕设于所述螺旋肋钢丝的其中两个肋上。
5.如权利要求1所述的智慧钢绞线结构体系，其特征在于，所述中心丝包括相互扭绞的第一钢管和两个第一中心体，所述温度光纤设置在所述第一钢管的中部，所述温度光纤和所述第一钢管之间的间隙填充有芳纶纤维绳，任一第一中心体为相同的第一钢管或第三钢丝，所述应变光纤设置在所述第一钢管或第三钢丝上。
6.如权利要求1所述的智慧钢绞线结构体系，其特征在于，所述中心丝包括细钢丝以及扭绞于所述细钢丝外周的第二钢管和两个第二中心体，所述温度光纤设置在所述第二钢管的中部，所述温度光纤和所述第二钢管之间的间隙填充有芳纶纤维绳，任一第二中心体为相同的第二钢管或第四钢丝，所述应变光纤设置在所述第二钢管或第四钢丝上。
7.如权利要求1-6任一项所述的智慧钢绞线结构体系，其特征在于，任一中心丝的外周包覆有铝箔。
8.如权利要求1所述的智慧钢绞线结构体系，其特征在于，所述限位装置包括两个哈弗块，任一哈弗块为半弧板结构，所述哈弗块的内弧面相对设置并共同形成内孔，所述内孔的直径与所述钢绞线索体的外直径相匹配。
9.如权利要求8所述的智慧钢绞线结构体系，其特征在于，两个所述哈弗块共同形成锥台型哈弗式结构，其直径较小的端部卡入所述中心孔内。
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