CN200992682Y - 植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索 - Google Patents

Abstract

一种植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索，包括通过冷铸墩头方式锚固在锚杯内的锚板上的钢丝制成的索体，该索体中还植入有含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋，在锚杯内的光纤光栅纤维增强智能筋和钢丝通过填充在它们之间的冷铸混合填料被同时粘结成一体而被固定，光纤光栅纤维增强智能筋内的光纤传输线倒转从锚具的延长筒内引出或一端互相串联连接，另一端分别通过锚板上的预留漏浆孔以及顶板的光纤引出孔中引出索体外；所述的光纤光栅纤维增强智能筋是由纤维增强筋及在纤维增强筋中沿长度方向分布的光纤及光纤光栅传感器构成。该种智能索体，在施工与服役过程中，能够感知索体受力情况，可用于拉索的施工监控和长期监测。

Description

植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索

技术领域：

本实用新型涉及的是一种用于拱桥吊杆和系杆、斜拉桥拉索和悬索桥吊索等缆索体系的冷铸墩头锚智能拉索。

背景技术：

拉索是缆索支承桥梁的核心构件之一，素有“生命线”之称，其施工质量和服役状况直接关系到桥梁的安全运营与使用寿命。由于设计构造、工程施工、环境腐蚀、疲劳积累等原因，拉索不可避免地发生损伤。国内外特别是国内，桥梁拉索的病害普遍存在，因拉索损伤造成的工程事故时有发生。为了保证拉索的施工达到设计要求，并在拉索运营过程中及时了解拉索的索力状态很有必要，一方面可以评价拉索自身的安全，另一方面可以分析拉索关联结构的安全。传统的应变片、振动频率法、压力传感器等测量拉索索力存在某些缺陷，难以适应长期监测的要求。光纤光栅传感器是通过对在光纤内部写入的光栅反射或透射布拉格波长光谱的检测，实现被测结构的应变和温度量值的绝对测量。它克服了传统桥梁测试手段的局限性，能够对桥梁结构的应变、温度等关键参数作长期稳定的绝对测量。但是由于光纤光栅传感器质地比较脆弱，直接布到拉索内难以“存活”——即由于抗剪能力较差，易折断，应用时需要特殊保护，因而，需要一种全新的布设方法，形成光纤光栅智能拉索。

《专利申请号为：200410044057.8名称为：光纤光栅增强树脂智能拉索》的发明专利申请公开了一种“包括由纤维增强筋和含光纤光栅传感器的纤维增强筋组成的拉索，含光纤光栅传感器的纤维增强筋分布于纤维增强筋中，在拉索外覆盖护套，拉索端部带有锚头的光纤光栅增强树脂智能拉索”，该智能拉索虽然解决了对光纤光栅传感器的保护问题，但仅仅是对于纤维增强筋制成的拉索适用，对于将光纤光栅传感器应用于普通钢丝作成的拉索中的光纤光栅传感器的特殊保护问题以及布设工艺目前还是急待解决的问题。例如：普通冷铸墩头锚拉索在制锚灌浆过程中，锚具震动很大，容易损坏光栅和导致浆体漏出。此外，该拉索中采用的光纤光栅增强复合智能筋是采用金属管内悬空光栅进行温度补偿，其光栅传感器容易损坏，不实用。

实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种具有自感知特性、在植入的光纤光栅纤维增强智能筋中对光纤光栅传感器保护更好的冷铸墩头锚拉索，以解决将光纤光栅传感器应用于普通钢丝作成的拉索中所存在的光纤光栅传感器比较脆弱，抗剪能力较差，应用时需要特殊保护的问题以及布设工艺这一关键技术问题。

解决上述技术问题的技术方案是：一种植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索，包括通过冷铸墩头方式锚固在锚杯内的锚板上的钢丝制成的索体，所述的索体中还植入有含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋，它与钢丝共同制成索体，在锚杯内的光纤光栅纤维增强智能筋和镦头钢丝之间通过填满环氧铁砂固定，保持协调变形，光纤传输线通过锚板上的预留漏浆孔以及顶板的通线孔中引出索体外或倒转从锚具的延长筒内引出。

作为本实用新型的进一步技术方案是：所述含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋是埋入了光纤光栅传感器的纤维增强复合筋，该复合筋由纤维增强筋及在纤维增强筋中沿长度方向分布的光纤及光纤光栅传感器构成，在非光栅段的光纤外套有塑料松套管，该塑料松套管与纤维增强筋相连结。

作为本实用新型的更进一步的技术方案是：所述含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋中串有温度补偿光纤光栅传感器，含有温度补偿光纤光栅传感器的智能筋端部的外径d2小于智能筋的外径d1，其外套有一金属管，含有温度补偿光纤光栅的智能筋端部悬空。

由于采用上述结构，本实用新型具有以下有益效果：

一、本实用新型光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索包括钢丝、光纤光栅纤维增强智能筋和包裹在索体外的PE护套。光纤光栅在纤维增强智能筋制造过程中植入筋内，形成光纤光栅纤维增强智能筋。光纤光栅纤维增强智能筋与钢丝同时制成索体，通过锚杯内的环氧铁砂固定，保持与钢丝内索体协调变形。解决了将光纤光栅传感器应用于普通钢丝作成的拉索中所存在的“光纤光栅传感器比较脆弱，抗剪能力较差，应用时需要特殊保护的问题”及布设工艺这一关键技术问题。

二、含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋结构更合理，能很好地保护光纤光栅传感器不被损害，具有实用性。

本实用新型所述含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋是由纤维增强筋及在纤维增强筋中沿长度方向分布的光纤及光纤光栅传感器构成，在非光栅段的光纤外套有塑料松套管，该塑料松套管隔离光纤与纤维增强筋相连结，有利于引线操作；本专利的温度补偿方法，采用对含温度补偿光纤光栅传感器的智能筋端部，磨细后外套金属管，让含温度补偿光栅传感器的智能筋端部悬空，自由伸缩，因而，既保证光栅传感器对温度变化的测定，又不易损害，具有实用性。

该种智能索体，在施工与服役过程中，能够感知索体受力情况，可用于拉索的施工监控和长期监测。其传感特性具有光纤光栅的所有优点：如传感精度高(可达1～2με)、抗电磁干扰、准分布式传感、绝对测量、稳定性与耐久性好等，可广泛用于斜拉桥、悬索桥、吊杆拱桥、缆索、地锚等需要预应力构件的工程结构。

下面，结合附图和实施例对本实用新型之植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索的技术特征作进一步的说明。

附图说明：

图1：本实用新型实施例一之植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索整体结构示意图(光纤传输线从锚具的延长筒内引出)；

图2：本实用新型实施例二植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索整体结构示意图(光纤传输线通过锚板上的预留漏浆孔以及顶板的光纤引出孔中引出)；

图3：本实用新型植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索索体断面结构示意图(剖视图)；

图4：顶板结构示意图；

图5：图2的A部局部放大图；

图6：图2的B部局部放大图；

图7：本实用新型光纤光栅纤维增强复合智能筋结构示意图之一——即光纤光栅传感器在具有应变测量功能的智能筋中的布设示意图；

图8：本实用新型光纤光栅纤维增强复合智能筋结构示意图之二——即光纤光栅传感器在具有对温度测量功能的纤维增强复合筋中布设示意图；

图9：本实用新型光纤光栅纤维增强复合智能筋结构示意图之三——即光纤光栅传感器在具有对应变温度同时测量功能的纤维增强复合筋中布设示意图。

图中：

1-PE套，2-钢丝，3-光纤光栅纤维增强智能筋，31-光纤，32-纤维增强筋，33-塑料松套管，34-光纤光栅传感器，35、35₁、35₂-温度补偿光纤光栅传感器，36、36₁、36₂-光纤光栅纤维增强复合智能筋端部，37、37₁-金属管，4-锚杯，41-锚杯上的张拉杆用内螺纹，41-锚杯上的外螺纹，5-锚板、51-漏浆孔，6  氧铁砂，7螺母，8-延长筒，9-顶板，91-带螺纹的螺钉固定孔，92-锚板回缩检查孔、93-光纤引出孔，10-螺钉，11-索体。

具体实施方式：

实施例一：

一种植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索，包括通过冷铸墩头方式锚固在锚杯4内的锚板5上的钢丝2制成的索体，所述的索体中还植入有3根与钢丝同形状、含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋3(也简称为FRP-DFBG智能筋)，它与钢丝共同制成索体，在锚杯4内光纤光栅纤维增强智能筋3和镦头钢丝2之间通过填充在它们之间的冷铸混合填料——环氧铁砂6同时粘结而被固定，保持协调变形(参见图1、图3)，光纤光栅纤维增强智能筋3内光纤传输线倒转从锚具的延长筒8内引出(参见图1、图3)。

所述植入的含光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋3是一种具有应变测量功能的光纤光栅纤维增强复合智能筋，该智能筋由纤维增强筋32及在纤维增强筋32中沿长度方向分布的光纤31及光纤光栅传感器34构成，在非光栅段的光纤外套有塑料松套管33，该塑料松套管33隔离光纤与纤维增强筋32相连结(参见图7)。

实施例例二：

一种植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索。

其基本结构同实施一，所不同之处在于：光纤传输线的引出方式不同；本实施例中拉索的光纤光栅纤维增强智能筋3内光纤传输线的一端互相串联连接，两引出线分别通过锚板5上的预留漏浆孔51以及顶板9的光纤引出孔93中引出索体外(参见图2～图6)。

作为本实用新型实施例一或实施例二的一种变换，所述植入的含光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋3也可以是只具有温度测量功能的光纤光栅纤维增强复合智能筋，该智能筋的基本结构与实施例一所述相同，仍由纤维增强筋32及在纤维增强筋32中沿长度方向分布的光纤31及光纤光栅传感器34构成，在非光栅段的光纤外套有塑料松套管33，该塑料松套管33隔离光纤与纤维增强筋32相连结，不同之处在于：该智能筋中还串有温度补偿光纤光栅传感器35，含有该温度补偿光纤光栅传感器35的智能筋端部的外径d2小于智能筋的外径d1，其外套有一一端封口的金属管37，含有温度补偿光纤光栅传感器35的智能筋端部36悬空(参见图8)。

作为本实用新型各实施例的又一种变换，所述含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋3还可以是具有对应变温度同时测量功能的光纤光栅纤维增强复合智能筋，该智能筋的基本结构与实施例一所述光纤光栅纤维增强智能筋3相同，所不同之处在于：在智能筋的两个端头分别串有温度补偿光纤光栅传感器35₁、35₂，将串有温度补偿光纤光栅传感器35₁、35₂之智能筋两端的端部36₁、36₂磨细后外套金属管37₁连接，可以同时测量拉索的应变和温度(参见图9)。

作为本实用新型实施例的又一种变换，所述的索体11中植入的与钢丝同形状、含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋3的根数N也可以增减，最少1根，最多可以20根，根据需要还可以增加；其结构形式，可以只选择具有应变测量功能的光纤光栅纤维增强复合智能筋，也可以只选择具有对温度测量功能的纤维增强复合筋或具有对应变温度同时测量功能的纤维增强复合智能筋，还可以在同一条拉索中布设其中的任意两种增强复合智能筋，也还可以同时选择三种结构的复合智能筋进行布设。

为了拉索张拉施工时，保证张拉杆的拧丝深度和保护暂时旋盘在锚具内的光纤传输线，顶板需要减薄。

为了防止制作过程中漏冷铸混合填料，需要在锚板5后端加一块圆顶板9，顶板9上有1个或多个光纤引出孔93，3个或更多个锚板回缩检查孔92，中心有1个带螺纹的螺钉固定孔91，锚具灌浆过程中，顶板9的各孔都用高温堵漏胶密封防止漏浆(参见图4)。

为了避免拉索正常制作旋转拧出顶板而破坏光纤传输线，顶板9不再拧出，而将所述出线端的顶板9通过螺钉10固定在锚板5上。

作为本实用新型实施例的一种变换，所述的索体11外包裹有一层PE护套1。

Claims (10)

1、一种植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索，包括通过冷铸墩头方式锚固在锚杯内的锚板上的钢丝制成的索体，其特征在于：所述的索体中还植入有含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋，它与钢丝共同构成索体，在锚杯内的光纤光栅纤维增强智能筋和钢丝通过填充在它们之间的冷铸混合填料——环氧铁砂被同时粘结成一体而被固定，光纤光栅纤维增强智能筋内的光纤传输线引出索体外。

2、根据权利要求1所述的植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索，其特征在于：所述含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋是由纤维增强筋及在纤维增强筋中沿长度方向分布的光纤及光纤光栅传感器构成，在非光栅段的光纤外套有塑料松套管，该塑料松套管隔离光纤与纤维增强筋相连结。

3、根据权利要求2所述的植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索，其特征在于：所述含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强智能筋中串有温度补偿光纤光栅，含有温度补偿光纤光栅的智能筋端部的外径d2小于智能筋的外径d1，其外套有一金属管，含有温度补偿光纤光栅的智能筋端部悬空。

4、根据权利要求1、2或3所述的植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索，其特征在于：光纤光栅纤维增强智能筋在拉索制作过程中与钢丝等长，且同时成型。

5、根据权利要求1、2或3所述的植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索，其特征在于：光纤光栅纤维增强智能筋内的光纤传输线从锚具的延长筒内引出。

6、根据权利要求4所述的植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索，其特征在于：光纤光栅纤维增强智能筋内的光纤传输线从锚具的延长筒内引出。

7、根据权利要求1、2或3所述的植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索，其特征在于：光纤光栅纤维增强智能筋内光纤传输线的一端互相串联连接，另一端的两接头分别通过锚板上的预留漏浆孔以及顶板的光纤引出孔中引出索体外。

8、根据权利要求4所述的植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索，其特征在于：光纤光栅纤维增强智能筋内光纤传输线的一端互相串联连接，另一端的两接头分别通过锚板上的预留漏浆孔以及顶板的光纤引出孔中引出索体外。

9、根据权利要求7所述的植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索，其特征在于：所述出线端的顶板通过螺钉固定在锚板上，顶板上有至少1个光纤引出孔，有不少于3个锚板回缩检查孔，中心有1个带螺纹的顶板固定孔。

10、根据权利要求8所述的植入光纤光栅纤维增强智能筋的冷铸墩头锚拉索，其特征在于：所述出线端的顶板通过螺钉固定在锚板上，顶板上有至少1个光纤引出孔，有不少于3个锚板回缩检查孔，中心有1个带螺纹的顶板固定孔。

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