[发明专利]基于光纤应变传感的超大索力自感知智能缆索及测量方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种钢缆索索力自感知测量技术，尤其涉及一种基于光纤应变传感的超大索 力自感知智能缆索及测量方法。

背景技术：

桥梁拉索的受力情况是反映桥梁是否处于正常运营状态的重要标志之一，准确测定桥梁 拉索索力具有重要的实际意义。

现有的的索力测量方法主要有压力传感器法、振频法、磁弹性法。压力传感器法中，由 于承力环与传感器都承受缆索的持续性压力，永无恢复的机会，极易造成承压环及其传感器 疲劳，所以使用寿命有限。振频法由于测量结果受缆索自身的长度、密度、垂度等多个边界 条件影响，而钢缆索在锚固区的边界条件往往具有较大的不确定性，导致计算结果差异很大。 磁弹性法则因为线圈的磁参数不仅受缆索的张力影响，还受缆索自身材料、缆索防护材料的 影响，更受环境温度、湿度的影响，因此测量精度较低。

近年发展起来的复合筋法，是将埋有光纤应变传感元件的纤维增强塑料筋布设到钢缆索 中，利用复合筋与钢丝的协调变形，实现对拉索索力的测量。该方法事先将光纤传感元件植于 缆索内部，使缆索自身具备检测张力的能力，所以在缆索索力监测过程中，无需再添加外部 检测部件，为使用方提供更优的性能和更多的便利，且由于其对索力进行直接测量，使测量 精度大大提高。

对于复合筋索力测量方法而言，当将其用于特大桥梁用缆索的超大索力测量时，将会出 现缆索应变大大超出复合筋应变工作区间的问题。对于特大型桥梁缆索，由于缆索牵引力大， 缆索的变形较常规缆索要大的多，据测算，缆索索身部分的实际工作应变值达到5000με以 上，而现有常规光纤应变传感元件的稳定应变工作区间仅在4000με以下，特大桥梁用缆索 的应变范围已经大大超出利用光纤应变传感技术的索力测量方法的应变工作范围。如果超负 荷工作，不仅会对光纤应变传感元件造成破坏，而且会影响复合筋内光纤传感元件与复合材 料粘接界面的应变传导特性，影响最终索力测量的精度。而如果选用特制的大应变光纤应变 传感元件制作复合筋，传感元件及其解调仪成本都会成十倍增加，根本不宣于在桥梁索力工 程应用中推广使用。

针对超大索力测量的技术现状，提出了一种在缆索锚固段预埋普通应变传感元件，就可 实现超大索力测量的智能缆索及光纤测量方法。

发明内容

本发明提出了一种基于光纤应变传感的超大索力自感知测量方法，该方法将光纤应变传 感元件预埋入钢缆索的锚固区内，通过测量光纤应变传感元件的应变量实现对钢缆索索力的 测量。

具体步骤如下：

1)制缆时，将光纤应变传感元件预埋入钢缆索的锚固区内，并灌锚；

2)对缆索进行预张拉，在预张拉过程中，对光纤应变传感元件的应变测量值与张拉力进 行标定，标定成功并测试合格后，即可通过测量光纤应变传元件应变值实现对缆索的索力测 量。

光纤应变传感元件预埋入锚固区的方法，包括：灌锚之前，

将光纤应变传感元件与锚固区内的缆索的单丝固定后，进行灌锚；

或者，将光纤应变传感元件与锚固区的锚杯内壁固定后，进行灌锚；

或者，将光纤应变传感元件与锚固区的锚杯外壁固定后，在固定处铺覆保护层，将光纤 应变传感元件与锚杯外壁紧密覆盖；

或者，在灌锚时，将光纤应变传感元件悬浮在锚杯中空位置，灌锚完成后，光纤应变传 感元件与灌锚料紧密结合，且光纤应变传感元件应变方向与缆索延伸方向平行。

采用焊接或其它金属连接工艺时，对光纤应变传感元件采用电镀、溅射方法进行金属化 处理。

可以在一个或多个位置埋设一个或多个光纤应变传感器。

金属化处理的光纤应变传感元件与单丝/锚杯内壁/锚杯外壁采用焊接或其它金属连接工 艺固定；

本发明还提出了一种基于光纤应变传感的超大索力自感知智能缆索，其结构为：在锚固 区内埋有光纤应变传感元件。

锚固区内的缆索的单丝上通过焊接及其它金属连接工艺固定有经金属化处理的光纤应变 传感元件；

或者，承力锚固区的锚杯的内/外壁上通过焊接及其它金属连接工艺固定有经金属化处理 的光纤应变传感元件；

或者承力锚固区内的灌锚料中悬浮有经金属化处理的光纤应变传感元件，光纤应变传感 元件、单丝、锚杯、灌锚料四者锚铸成一整体。