CN107059619A - 一种平行钢丝桥梁智能斜拉索 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，解决了现有技术中索体无法做到实时监测的缺陷，包括由多股钢丝扭合而成的索体，索体中心钢丝的外周上设置有凹槽，凹槽具有沿中心钢丝外周螺旋状的螺旋段，凹槽内设置有光纤光栅应变传感器，光纤光栅应变传感器与凹槽内壁之间由环氧树脂胶隔离，凹槽由环氧树脂胶填充并固定保护光纤光栅传感器。光纤光栅应变传感器与凹槽内壁之间由环氧树脂胶隔离，进而降低索体受力过程中对应变测量灵敏度的影响；凹槽在中心钢丝外部具有螺旋段，光纤光栅应变传感器也呈螺旋形布置，避免光纤光栅应变传感器拉伸应变过大而出现断裂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种拉索结构，尤其是一种平行钢丝桥梁智能斜拉索。
背景技术
目前，我国桥梁、体育场馆等建筑多是采用拉索的支撑结构，一套拉索系统需要多副索体及索体两端的锚具配合承受支撑力。任何建筑都需要考虑到安全问题，因此拉索系统支撑的建筑，使用的拉索系统安全性就显得尤为重要，这就需要对整个拉索系统进行受力状况检测。
目前，常用的监测方法有：压力环监测方法、磁通量传感器监测方法、液压传感器监测方法。但是对拉索系统的受力监测是一项需长期测量并实时监测的工作，需要考虑监测器件的耐久性、存活率和稳定性。现有的监测器件大都属于锚具外加件，成本较高，安装后体积增大。
还有一种监测方法是在索体内编入光纤传感器，将光纤传感器编入于钢丝之间的间隙处，但是这种方式在使用的时候，光纤容易被钢绞线或钢丝挤破，影响光纤的工作性能。
随着技术的发展，钢丝外表加工凹槽，将光纤光栅粘贴到凹槽壁，然后填充保护层。这种方式虽然能提高光纤光栅在钢丝中的布设成活率及使用寿命，但是，索体的受力过程中会吸收钢丝的应变、降低应变测量的灵敏度。因此对光纤光栅的安装提出了新的要求。
而且光纤光栅的测量应变最大值远达不到钢丝屈服应变值，前期能获得较佳的监测结果，但是无法实现对钢丝服役期全寿命过程的监测，因此又对光纤光栅与钢丝之间的结合提出新的要求。
发明内容
本发明解决了现有技术中斜拉索的索体无法做到实时监测的缺陷，提供一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，钢丝内设置凹槽，凹槽内设置光纤光栅，实现斜拉索实时监测，同时还能对光纤光栅进行保护。
本发明还解决了现有的光纤光栅粘贴到凹槽内壁，索体的受力过程中会降低应变测量的灵敏度的缺陷，提供一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，光纤光栅与凹槽内壁相分离不直接粘贴，进而降低钢丝受力过程中对应变测量灵敏度的影响。
本发明还解决了现有的光纤光栅粘贴到凹槽内壁直接填充环氧树脂胶进行保护，环氧树脂胶的弹性模量较低，使得光纤光栅与钢丝之间会产生拉伸位移，保护力度较低的缺陷，提供一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，环氧树脂胶填充时对钢丝进行预拉伸，钢丝自然回缩的时候对环氧树脂形成预压，挤出环氧树脂胶内部的气泡，同时提高环氧树脂胶的弹性模量，进而提高对光纤光栅的封装保护，也相应提高了光纤光栅的极限抗拉能力。
本发明还解决了现有的光纤光栅无法对温度变化做出反应，测量结构无法根据温度变化进行修正的缺陷，提供一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，利用共线技术，光纤光栅与温度传感器并行同时设置与凹槽内，进行温度补偿。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，包括由多股钢丝扭合而成的索体，索体中心钢丝的外周上设置有凹槽，凹槽具有沿中心钢丝外周螺旋状延伸的螺旋段，凹槽内设置有光纤光栅应变传感器，光纤光栅应变传感器与凹槽内壁之间由环氧树脂胶隔离，凹槽由环氧树脂胶填充并固定保护光纤光栅传感器。凹槽内埋入光纤光栅应变传感器，避免光纤光栅应变传感器暴露在钢丝外而出现挤破，光纤光栅应变传感器即可对索体实时进行监测；光纤光栅应变传感器与凹槽内壁之间由环氧树脂胶隔离，不是直接接触，进而降低索体受力过程中对应变测量灵敏度的影响；凹槽在中心钢丝外部具有螺旋段，螺旋段指凹槽沿着中心钢丝外表呈螺旋形布置，凹槽呈螺旋形，则凹槽内的光纤光栅应变传感器也呈螺旋形布置，这样在钢丝承受同等荷载下，光纤光栅传感器轴向应变可以随凹槽螺旋段倾斜角度增大而减少，避免光纤光栅应变传感器拉伸应变过大而出现断裂，解决光纤光栅应变传感器监测量程不足的问题。
作为优选，环氧树脂胶分两次填充，两次填充均是中心钢丝在预拉下进行。两次填充环氧树脂胶即可对凹槽内壁做预处理，避免光纤光栅应变传感器直接与凹槽内壁相接触；填充在中心钢丝预拉下进行，这样填充后中心钢丝回缩，使得环氧树脂胶产生预压效果，预压后能挤出环氧树脂胶内部的气泡，从而提高环氧树脂胶的弹性模量，进而提高对光纤光栅的封装保护，也相应提高了光纤光栅的极限抗拉能力，使得工作时，光纤光栅应变传感器不受力或者受微小应力，避免产生疲劳破坏，提高疲劳寿命，实现对索体施工和服役全生命周期的监测。
作为优选，两次填充中，第一次以刷胶的方式涂覆到凹槽内壁，第二次是放置光纤光栅应变传感器后以填充的方式注入到凹槽内。
作为优选，环氧树脂胶在凹槽的口部位置呈凹弧状。凹弧相对中心钢丝外周属于凹陷，这样外围钢丝就不会对凹槽内的环氧树脂胶产生挤压。
作为优选，凹槽的横截面呈矩形，凹槽两侧内壁间断设置有凸起的夹部，两侧内壁的夹部相对设置，两相对的夹部之间留出间隙，间隙的宽度大于光纤光栅应变传感器的外部厚度，凹槽同一侧内壁上的夹部之间间隔距离相等。夹部的两端形成台阶，台阶能对环氧树脂胶的轴向起到阻挡作用，减小环氧树脂胶轴线产生的位移对光纤光栅应变传感器的影响。
作为优选，凹槽相邻的螺旋段之间通过直线段相连，直线段与中心钢丝的轴线相平行，直线段与螺旋段之间为圆角过渡。拉索主要承受轴向力，凹槽设置直线段后，使得索体监测更加真实准确。
作为优选，螺旋段与直线段之间的夹角为90°至180°，每一螺旋段在中心钢丝外表布置一周，直线段处于中心钢丝外表的同一直线上。
作为优选，光纤光栅应变传感器的光栅的位置处于直线段的位置。
作为优选，光纤光栅应变传感器包括内部的光纤光栅及外表的保护层。
作为优选，光纤光栅应变传感器内部共线并排平行设置有温度传感器。光纤光栅应变传感器共线温度传感器后，在索体使用环境温度变化较大时，能进行温度补偿，解决应力和温度交叉敏感问题。
本发明的有益效果是：凹槽内埋入光纤光栅应变传感器，避免光纤光栅应变传感器暴露在钢丝外而出现挤破，光纤光栅应变传感器即可对索体实时进行监测；光纤光栅应变传感器与凹槽内壁之间由环氧树脂胶隔离，不是直接接触，进而降低索体受力过程中对应变测量灵敏度的影响；凹槽在中心钢丝外部具有螺旋段，螺旋段指凹槽沿着中心钢丝外表呈螺旋形布置，凹槽呈螺旋形，则凹槽内的光纤光栅应变传感器也呈螺旋形布置，这样在钢丝承受同等荷载下，光纤光栅传感器轴向应变可以随凹槽螺旋段倾斜角度增大而减少，避免光纤光栅应变传感器拉伸应变过大而出现断裂，解决光纤光栅应变传感器监测量程不足的问题。
附图说明
图1是本发明一种断面结构示意图；
图2是本发明图1所示的凸部放大图；
图3是本发明一种结构示意图；
图4是本发明第二种结构示意图；
图中：1、外围钢丝，2、中心钢丝，3、凹槽，4、环氧树脂胶，5、保护层，6、光纤光栅，7、夹部，8、温度传感器。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：一种平行钢丝桥梁智能斜拉索（参见图1图2图3），包括由多股钢丝扭合而成的索体，索体包括中心钢丝2及布置在中心钢丝外周的外围钢丝1，外围钢丝外部套置有套管。索体中心钢丝的外周上设置有凹槽3，凹槽内设置有光纤光栅应变传感器并填充固定有环氧树脂胶4。
凹槽具有沿中心钢丝外周螺旋状延伸的螺旋段和连接螺旋段的直线段，直线段与中心钢丝的轴线相平行，直线段与螺旋段之间为圆角过渡。螺旋段与直线段之间的夹角为150°，每一螺旋段在中心钢丝外表布置一周，直线段处于中心钢丝外表的同一直线上。凹槽的横截面呈矩形，凹槽的两侧内壁等间距设置有凸出的夹部7，夹部呈矩形，夹部的两端与凹槽内壁相垂直，凹槽两侧内壁的夹部相对设置，两相对的夹部之间留出间隙，间隙的宽度大于光纤光栅应变传感器的外部厚度。光纤光栅应变传感器包括内部的光纤光栅及外表的保护层，光纤光栅正好处于两夹部相对的间隙处，光纤光栅上的光栅的位置处于直线段的位置。
光纤光栅应变传感器与凹槽内壁之间由环氧树脂胶隔离，环氧树脂胶分两次填充，两次填充均是中心钢丝在预拉下进行。两次填充中，第一次以刷胶的方式涂覆到凹槽内壁，涂覆的厚度为0.01mm，第二次是放置光纤光栅应变传感器后以填充的方式注入到凹槽内，环氧树脂胶在凹槽的口部位置呈凹弧状。中心钢丝预拉的持荷为0.3Pb，Pb为中心钢丝的极限承载力。光纤光栅传感器两端伸出到中心钢丝端部外。
实施例2：一种平行钢丝桥梁智能斜拉索（参见图4），与实施例1的不同之处在于：光纤光栅应变传感器内部共线并排平行设置有温度传感器8，光纤光栅应变传感器截面呈扁平状，设置入凹槽内时，光纤光栅处于夹部之间，温度传感器处于夹部外。其余结构参照实施例1。
以上所述的实施例只是本发明的两种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，其特征在于包括由多股钢丝扭合而成的索体，索体中心钢丝的外周上设置有凹槽，凹槽具有沿中心钢丝外周螺旋状的螺旋段，凹槽内设置有光纤光栅应变传感器，光纤光栅应变传感器与凹槽内壁之间由环氧树脂胶隔离，凹槽由环氧树脂胶填充并固定保护光纤光栅传感器。
2.根据权利要求1所述的一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，其特征在于环氧树脂胶分两次填充，两次填充均是中心钢丝在预拉下进行。
3.根据权利要求2所述的一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，其特征在于两次填充中，第一次以刷胶的方式涂覆到凹槽内壁，第二次是放置光纤光栅应变传感器后以填充的方式注入到凹槽内。
4.根据权利要求1所述的一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，其特征在于环氧树脂胶在凹槽的口部位置呈凹弧状。
5.根据权利要求1所述的一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，其特征在于凹槽的横截面呈矩形，凹槽两侧内壁间断设置有凸起的夹部，两侧内壁的夹部相对设置，两相对的夹部之间留出间隙，间隙的宽度大于光纤光栅应变传感器的外部厚度，凹槽同一侧内壁上的夹部之间间隔距离相等。
6.根据权利要求1所述的一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，其特征在于凹槽相邻的螺旋段之间通过直线段相连，直线段与中心钢丝的轴线相平行，直线段与螺旋段之间为圆角过渡。
7.根据权利要求6所述的一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，其特征在于螺旋段与直线段之间的夹角为90°至180°，每一螺旋段在中心钢丝外表布置一周，直线段处于中心钢丝外表的同一直线上。
8.根据权利要求6或7所述的一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，其特征在于光纤光栅应变传感器的光栅的位置处于直线段的位置。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，其特征在于光纤光栅应变传感器包括内部的光纤光栅及外表的保护层。
10.根据权利要求1所述的一种平行钢丝桥梁智能斜拉索，其特征在于光纤光栅应变传感器内部共线并排平行设置有温度传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170818 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |