CN117144794A - 后装传感单元的智能索 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种后装传感单元的智能索，包括拉索本体，该拉索本体内设有一束拉索筋，且位于中心的拉索筋为中空筋；可滞后安装穿设于该中空筋的光纤，该光纤上连接有传感单元、以及用于防止该传感单元在该中空筋中定位偏差的限位装置，该限位装置包括套设于该光纤的套筒、固定于该套筒并用于弹性抵顶于该中空筋的内壁的弹性组件；用于填充该中空筋与该光纤之间具有流动性的填充胶，该弹性组件上设有供该填充胶穿过的间隙。本发明解决了现有技术中内嵌含FBG传感器光纤的智能筋生产不连续且光纤易损坏，后装监测元件的智能索不能保证传感单元与索体材料接触，进而导致监测结果不准确的技术问题。

Description

后装传感单元的智能索

技术领域

本发明涉及土木工程领域，尤其涉及一种后装传感单元的智能索。

背景技术

拉索作为一种高强度受拉构件广泛应用于桥梁工程和大跨度建筑结构，其健康监测越来越受到重视，索力是拉索健康监测的重要内容。近年来，随着光纤光栅传感技术逐渐成熟，智能索在工程领域逐渐得到应用，即在平行钢丝拉索或FRP(Fiber ReinforcedPlastic，纤维增强塑料)拉索中，将其中若干根钢丝或FRP筋替换为内嵌含FBG(FiberBragg Grating sensor，布拉格光纤光栅传感器)传感器光纤的智能筋，进而通过其中的FBG传感器实现对拉索的索力监测。然而，由于光纤本身易损坏，在智能筋、智能索加工以及智能索施工过程中，传感单元存活率很低，即传感单元非常容易失效。同时，采用预先内置光纤的智能筋制备智能索，在加工前需要提前根据索体长度在筋材中内置光纤，导致索体不能连续生产，这极大地制约了拉索的加工效率和灵活性。此外，现有技术中具有后装监测元件的智能索，即在索内预留通长孔道，在成品拉索制作过程中或施工过程中再安装监测元件。这种方式虽然保证了监测元件的存活率且可更换，但仍然存在一些问题，例如：监测元件紧固于拉索两端，不能保证监测单元与所在截面协调变形，进而导致监测结果不准确；孔道占用较大截面积，且孔道不参与受力，对索体截面削弱较多。也有现有技术中采用拖拉的方式将填充物光纤一起安装到金属管内的方法，但随着筋/索长度增加，填充物与金属管内壁的摩阻力会急剧增大，进而阻碍光纤安装到位，导致该方法在实际工程中实施困难。

发明内容

针对上述现有技术中存着的不足之处，本发明提供了一种后装传感单元的智能索，解决了现有技术中内嵌含FBG传感器光纤的智能筋生产不连续且光纤易损坏，后装监测元件的智能索不能保证传感单元索体材料接触，进而导致监测结果不准确的技术问题。

本发明公开了一种后装传感单元的智能索，包括：拉索本体，该拉索本体内设有一束拉索筋，且位于中心的拉索筋为中空筋；可滞后安装穿设于该中空筋的光纤，该光纤上连接有传感单元、以及用于防止该传感单元在该中空筋中定位偏差的限位装置，该限位装置包括套设于该光纤的套筒、固定于该套筒并用于弹性抵顶于该中空筋的内壁的弹性组件；用于填充该中空筋与该光纤之间具有流动性的填充胶，该弹性组件上设有供该填充胶穿过的间隙。

本发明的后装传感单元的智能索进一步改进在于，该中空筋的两端分别密封固定有注胶锚头和出胶锚头，该注胶锚头上设有用于向中空筋内填充该填充胶的注胶孔，该出胶锚头上设有供该填充胶从该中空筋内溢出的溢胶孔。

本发明的后装传感单元的智能索进一步改进在于，该注胶锚头的侧面固定有沿第一方向延伸的第一延伸段，该第一延伸段贯通开设并形成该注胶孔，该溢胶锚头的侧面固定有沿第二方向延伸的第二延伸段，该第二延伸段贯通开设并形成该溢胶孔，该第一方向与该第二方向互为反向。

本发明的后装传感单元的智能索进一步改进在于，该传感单元的数量为多个，该光纤上且位于每个该传感单元的相对外侧均固定有该限位装置。

本发明的后装传感单元的智能索进一步改进在于，该弹性组件为沿套筒周向呈发散状固定于该套筒外周多根金属丝，该金属丝的末端顶撑于该中空筋的内壁上。

本发明的后装传感单元的智能索进一步改进在于，每个该限位装置中的该弹性组件的数量为多个，多个该弹性组件间隔固定于对应的该套筒上。

本发明的后装传感单元的智能索进一步改进在于，该弹性组件与该套筒之间的夹角为55°～75°。

本发明的后装传感单元的智能索进一步改进在于，该光纤为多段结构，相邻段该光纤通过熔接方式串接。

本发明的后装传感单元的智能索进一步改进在于，该拉索筋为FRP筋。

本发明的后装传感单元的智能索进一步改进在于，该填充胶为树脂材料。

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明通过固定胶与限位装置的组合，解决了现有技术中内嵌含FBG传感器光纤的智能筋生产不连续且光纤易损坏，后装监测元件的智能索不能保证传感单元与索体材料接触，进而导致监测结果不准确的技术问题。本发明在保证智能索中传感单元存活率的同时，保证传感单元与索体的变形协调，从而提高监测精度；在保证传感单元定位准确的同时，使光纤易安装，适用于长索；此外可减小对索体承载能力的影响，提高智能索加工生产效率，降低施工难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的后装传感单元的智能索的端部锚具位置纵向剖视图。

图2为本发明的后装传感单元的智能索的注浆锚头纵向剖视图。

图3为本发明的后装传感单元的智能索的出浆锚头纵向剖视图。

图4为本发明的后装传感单元的智能索的智能索断面图。

图5为本发明的后装传感单元的智能索的中空筋断面图。

图6为本发明的后装传感单元的智能索的中空筋纵向剖视图。

图7为本发明的后装传感单元的智能索的限位装置纵向剖视图。

图8为本发明的后装传感单元的智能索的限位装置断面图。

图9为现有技术中的拉索弯曲后中空筋的纵向剖视图。

图10为本发明的后装传感单元的智能索的中空筋纵向剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图3和图6所示，本发明提供了后装传感单元的智能索，包括拉索本体，该拉索本体内设有一束拉索筋，且位于中心的拉索筋为中空筋2；可滞后安装穿设于该中空筋2的光纤3，该光纤3上连接有传感单元15、以及用于防止该传感单元15在该中空筋2中定位偏差的限位装置14，该限位装置14包括套设于该光纤3的套筒1401、固定于该套筒1401并用于弹性抵顶于该中空筋2的内壁的弹性组件；用于填充该中空筋2与该光纤3之间具有流动性的填充胶12，该弹性组件上设有供该填充胶12穿过的间隙。该滞后安装为在拉索筋安装完成后再进行光纤的安装施工。围设于该中空筋2周围且轴线与中空筋2的轴线平行的为实心筋1，在该实心筋1与该中空筋2两端共同锚固有两个锚具。进一步地，该实心筋1外部包裹有护套10，该护套10的材质为高密度聚乙烯。该锚具包括套设于实心筋1端部一段位置的锚杯8、用于对实心筋1进行分散的分丝板11、固定于锚杯8第一端内壁的盖板6、以及固定于锚杯8第二端内壁的延长筒9，该延长筒9远离锚杯8的一端固定有封盖，该护套10的一端部位于延长筒9内且在远离锚杯8的位置，该延长筒9与锚杯8相连通，该锚杯8和延长筒9内填充有锚固填充料7，该盖板6拦挡于锚固填充料7，该分丝板11与实心筋1和中空筋2固定，锚杯8的内壁上设有防止分丝板11向智能索另一端移动的凸台。本实施例中，该传感单元15为光栅或FBG(Fiber Bragg Grating sensor，布拉格光纤光栅传感器)传感器。

现有技术中预先内置光纤3的智能索在加工前需要提前根据索体长度在筋材中内置光纤3，这极大地制约了拉索的加工效率和灵活性。例如在FRP筋中内置光纤3，需要在筋材生产时与纤维一起拉挤。这一方面需要提前确定精确的尺寸以保证传感单元15埋置的位置准确；另一方面在索体和制锚过程中管线极易损坏，而一旦损坏，几乎不可补救；再者，这种方案下索体及其智能筋不可随意截断，加工非常不灵活。而本发明中含传感单元15的光纤3在拉索加工完成后植入，且可在拉索安装就位后植入。这一方面大幅提高了传感单元15的存活率，保证后续健康监测顺利实施；另一方面也提高了智能索加工生产的效率，减低了施工难度。

优选的，如图1～图3所示该中空筋2的两端分别密封固定注胶锚头4和出胶锚头5，该注胶锚头4上设有用于向中空筋2内填充该填充胶12的注胶孔，该出胶锚头5上设有供该填充胶12从该中空筋2内溢出的溢胶孔。该溢胶锚头5和注胶锚头4的第一端套设固定于中空筋2的外周且端部固定于盖板6背对于实心筋1的一侧。

优选的，该注胶锚头4的侧面固定有沿第一方向延伸的第一延伸段，该第一延伸段贯通开设并形成该注胶孔401，该溢胶锚头5的侧面固定有沿第二方向延伸的第二延伸段，该第二延伸段贯通开设并形成该溢胶孔501，该第一方向与该第二方向互为反向。该注浆锚头4和该溢胶锚头5均呈L形，该注胶孔和溢胶孔分别开设在L形的端部位置。该注胶锚头4和该溢胶锚头5均包括套设固定至该中空筋2的连接孔、以及供该光纤3穿出且与该连接孔相对的穿出孔，。该连接孔和穿出孔在同一直线上，而该注胶孔401和溢胶孔501与连接孔和穿出孔的连线垂直，本实施例中，该注胶孔401为朝下的，而该溢胶孔501为朝上的，从而保证中空筋2内内部空腔被完成注满填充胶12，而减少中空筋2内的空隙。注胶锚头4和溢胶锚头5分别采用结构胶13与中空FRP筋可靠粘结，并做好密封。该穿出孔的内径不小于光纤3的直径，该连接孔的直径中空FRP筋的外径匹配(应略大于)。

优选的，如图6所示，该传感单元15的数量为多个，该光纤3上且位于每个该传感单元15的相对外侧均固定有该限位装置14。传感单元15两侧的限位装置14可对中间传感单元15进行限位，避免其在中空筋2中偏向一侧，而导致获得的数据不准确。

优选的，如图7和图8所示，该弹性组件为沿套筒1401周向呈发散状固定于该套筒1401外周多根金属丝1402，该金属丝1402的末端顶撑于该中空筋2的内壁上。该套筒1401与光纤3之间通过粘结剂17粘结固定。采用金属丝1402支撑于套筒1401与中空筋2内壁之间可避免传感单元15在中空筋2中进行滑动，并使传感单元15始终保持在中空筋2的中轴线位置。

优选的，每个该限位装置中的该弹性组件的数量为多个，多个该弹性组件间隔固定于对应的该套筒1401上，该弹性组件为金属丝1402，且多层该金属丝1402的朝向一致，从而从一侧拉动光纤3即可实现安装，且安装完成后不易向后退移。

优选的，如图7所示，该弹性组件与该套筒1401之间的夹角为55°～75°，见图7中角α。该角度可满足方便安装又具有一定的支撑力，使传感单元15不向中空筋2的内壁偏移。

优选的，该光纤3为多段结构，相邻段该光纤3通过熔接方式串接。进一步地，该传感单元15固定在光纤段上，相邻段的光纤3的熔接处16套接有保护套。更进一步地，该保护套为限位装置14的套筒1401。该熔接处16位于该套筒1401内部。该熔接处16为光纤3连接较为薄弱的位置，该套管设置于熔接点位置，对熔接点起到加强作用。限位装置14使传感单元15保持在中空筋2孔道中心位置。光纤3包括安装有传感单元15的光栅段、以及未安装传感意动的无光栅段光纤。设有限位装置14的光纤3制备时，根据索长及监测方案确定传感单元15(光栅)规格、数量，以及无光栅段光纤尺寸。将限位装置14在无光栅段光纤与传感单元15熔接前套入光纤3，然后熔接传感单元15与无光栅段光纤，将若干传感单元15串联。待熔接完成后，将限位装置14在熔接处16通过粘结剂17与光纤3粘结固定。多个限位装置14的金属丝1402朝向一致。

当拉索较长时，索体不可避免会有弯曲(如张拉前的自然弯曲，重力引起的下垂等)。如图9所示，而在弯曲状态下，若不采取特殊措施，传感单元15(光栅)会偏离孔道中心，甚至贴紧孔壁，这一方面会影响监测结果的准确性，另一方面也可能导致传感单元15易损坏。如图10所示，采用限位装置14可有效限制传感单元15偏离孔道中心。倾斜设置的金属丝1402在对光纤3进行限位的同时，可保证光纤3单向顺畅拖动，使光纤3易安装，适用于长索，且金属丝1402不阻碍注浆料填充孔道。

优选的，如图4所示，该拉索筋为FRP筋。也可根据需要采用钢丝。本实施例中，中空筋2采用高性能的中空FRP筋(材料宜与索体主体材料统一，优选CFRP)，智能筋的强度与索体材料基本一致，可以避免对拉索承载力的不利影响。现有技术中的可更换监测元件的智能索的孔道占用较大截面积，且孔道不参与受力，对索体截面削弱较多。索体加工时，普通筋材采用实心FRP筋，中心筋材为相同强度等级的中空FRP筋，用于内置含传感单元15的连续光纤3。拉索锚具两端尾部在对应中空FRP筋的位置，分别安装有带空浆腔和注浆孔401的注胶锚头4和溢胶锚头5。

优选的，如图2～图5所示，该填充胶12为树脂材料。采用具有高断裂能的树脂作为填充材料，避免服役过程中树脂开裂引起光纤3断裂，可提高使用寿命。且通过注入高性能的树脂材料将含传感单元15的光纤3与中空FRP筋有效粘结，保证了传感单元15与索体的变形协调，从而提高监测精度，同时高性能树脂对光纤3起到很好的保护作用。若不注入树脂，含传感单元15的光纤3仅在拉索两端紧固，则不能保证传感单元15与所在索体截面协调变形，因为光纤3本身在长度范围内可能不均匀，且长索在不同截面的受力和变形也有区别，进而导致监测结果不准确。尤其是在拉索较长的情况下，这个问题将更加凸显。

本发明在拉索内安装含传感单元15的连续光纤3，从而形成智能索。以拉索安装后再安装传感单元15为例，具体操作方法如下：

①拉索按常规施工方法安装到位

②拉索安装到位后，从上往下依次通过溢胶孔501、中空筋2内的通孔和注胶孔401，穿过一根牵引线(牵引线应具有足够强度，宜为钢丝)。

③将牵引线一端与含传感单元15的光纤3一端可靠连接，然后牵引光纤3穿过中空筋2内的通孔，以及溢胶孔501和注胶孔401。

④光纤3安装到位后，拆除牵引线，检查确定光纤3传感单元15无损伤后，将光纤3轻微张紧，并采用结构胶13将光纤3分别于两端锚固在出浆锚头5和注浆锚头4。

⑤完成锚固后，再次检查确定传感单元15无损伤，通过注浆锚头4的注胶孔401向中空筋2内注入常温固化高性能树脂，直至填满空腔，即树脂从出浆锚头5的溢胶孔501流出，然后静置养护，完成传感单元15安装。树脂材料应为具有高断裂能的高性能树脂。可根据工程应用需求，含传感单元15的光纤3在拉索安装前或安装后、张拉前或张拉后均可进行。

本发明通过固定胶与限位装置的组合，解决了现有技术中内嵌含FBG传感器光纤的智能筋生产不连续且光纤易损坏，后装监测元件的智能索不能保证传感单元与索体材料接触，进而导致监测结果不准确的技术问题。本发明在保证智能索中传感单元存活率的同时，保证传感单元与索体的变形协调，从而提高监测精度；在保证传感单元定位准确的同时，使光纤易安装，适用于长索；此外可减小对索体承载能力的影响，提高智能索加工生产效率，降低施工难度。

本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种后装传感单元的智能索，其特征在于，包括：拉索本体，所述拉索本体内设有一束拉索筋，且位于中心的拉索筋为中空筋；可滞后安装穿设于所述中空筋的光纤，所述光纤上连接有传感单元、以及用于防止所述传感单元在所述中空筋中定位偏差的限位装置，所述限位装置包括套设于所述光纤的套筒、固定于所述套筒并用于弹性抵顶于所述中空筋的内壁的弹性组件；用于填充所述中空筋与所述光纤之间具有流动性的填充胶，所述弹性组件上设有供所述填充胶穿过的间隙。

2.根据权利要求1所述的后装传感单元的智能索，其特征在于，所述中空筋的两端分别密封固定有注胶锚头和出胶锚头，所述注胶锚头上设有用于向所述中空筋内填充所述填充胶的注胶孔，所述出胶锚头上设有供所述填充胶从所述中空筋内溢出的溢胶孔。

3.根据权利要求2所述的后装传感单元的智能索，其特征在于，所述注胶锚头的侧面固定有沿第一方向延伸的第一延伸段，所述第一延伸段贯通开设并形成所述注胶孔，所述溢胶锚头的侧面固定有沿第二方向延伸的第二延伸段，所述第二延伸段贯通开设并形成所述溢胶孔，所述第一方向与所述第二方向互为反向。

4.根据权利要求1所述的后装传感单元的智能索，其特征在于，所述传感单元的数量为多个，所述光纤上且位于每个所述传感单元的相对外侧均固定有所述限位装置。

5.根据权利要求1所述的后装传感单元的智能索，其特征在于，所述弹性组件为沿套筒周向呈发散状固定于所述套筒外周多根金属丝，所述金属丝的末端顶撑于所述中空筋的内壁上。

6.根据权利要求5所述的后装传感单元的智能索，其特征在于，每个所述限位装置中的所述弹性组件的数量为多个，多个所述弹性组件间隔固定于对应的所述套筒上。

7.根据权利要求5所述的后装传感单元的智能索，其特征在于，所述弹性组件与所述套筒之间的夹角为55°～75°。

8.根据权利要求5所述的后装传感单元的智能索，其特征在于，所述光纤为多段结构，相邻段所述光纤通过熔接方式串接。

9.根据权利要求1所述的后装传感单元的智能索，其特征在于，所述拉索筋为FRP筋。

10.根据权利要求1所述的后装传感单元的智能索，其特征在于，所述填充胶为树脂材料。