[实用新型]桥梁用智能缆索

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种可适用于斜拉桥、悬索桥、拱桥等缆索承重结构的智能缆索系统。

背景技术

缆索系统是斜拉桥和悬索桥的核心构件，缆索的受力情况是反映桥梁是否处于正常营运状态的重要标志之一，对缆索索力监测具有重要意义。目前工程中常用的索力测试方法有压力传感器法、振频法、磁弹性法。但是这些方法都是属于缆索体外监测方式，且在实际工程使用时均有不足之处。将应变传感元件在缆索制作过程中植入拉索中，使缆索从单纯承力的构件上升成为具有自动感知能力的智能缆索，无需增加外部检测构件，可实现缆索从出厂、运输、施工、运营阶段的全过程索力监测。智能缆索的实现具有重要的社会意义与经济价值。

而要实现智能缆索的目标，其核心关键是如何在不影响缆索原有的力学与理化性能的前提下，既不影响缆索原有的制造工艺，又保证光纤光栅及其传输光纤在缆索制造及应用过程中的成活率，还保证光纤光栅传感器的长期可靠性。近年来已有多种智能缆索的报道，但光纤光栅-纤维增强塑料复合筋的方案是最为成功的一种。

光纤光栅-纤维增强塑料复合筋的方案是事先制作出一根与缆索中的钢丝尺寸相同的纤维增强塑料复合筋，并在纤维增强塑料复合筋的制作过程中植入光纤光栅传感器，以利用纤维增强塑料复合筋作为光纤光栅的保护套。然后再在拉索的制造过程中，将一根钢丝用光纤光栅-纤维增强塑料复合筋代替，并与其余钢筋一起扭绞、成缆，以纤维增强塑料复合筋将缆索的索力传递给光纤光栅。

显然此种方法是用纤维增强塑料复合筋既作为光纤光栅的保护结构、又作为索力的传力机构。即它既确保了光纤光栅及其传输光纤在缆索制造及应用过程中的成活率，还保证了光纤光栅传感器的测量的准确性。但是它在对缆索的力学性能、制造工艺方面有一定影响。此外复合筋材料为有机材料，存在明显的各向异性特性，长期受力较易发生蠕变，长期可靠性尚待考察。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种提高光纤光栅及其传输光纤在缆索制造及应用过程中的成活率，保证传感器的敏感度，同时兼顾传感器的长期可靠性的智能缆索系统。

本实用新型的目的是这样实现的：一种桥梁用智能缆索，包括锚杯、分丝板、连接筒、内置于连接筒部位的金属化的光纤光栅传感器以及索体，所述分丝板上穿孔，在所述连接筒和锚杯内埋入预留钢管，该预留钢管由所述分丝板上的穿孔引出，将所述金属化的光纤光栅传感器的尾纤接入光纤线缆，该光纤线缆通过所述预留钢管从缆索中引出，将从缆索中引出的光纤线缆接入一光纤光栅解调仪，将金属化的光纤光栅传感器固定于连接筒部位的外层钢丝上。

光纤光栅表面进行镀膜处理有两个目的：为后续的金属化连接工艺在光纤表面提供金属基层；增强光纤的机械强度，进而提高光纤光栅的应变测量能力。镀膜能够提高光纤光栅的应变测量量程的原因在于：光纤光栅的极限机械强度与光纤光栅表面的裂纹扩散长度有直接关系。通过在光纤表面镀膜，可利用金属膜对光纤的握裹作用，大大降低应力对光纤光栅表面裂纹扩散效益的影响，提高光纤光栅的机械强度，从而最终提高光纤光栅应变测量量程。

将金属化的光纤光栅传感器固定在连接筒部位的外层钢丝上，向光纤光栅传感器、连接筒部位的外层钢丝喷射高能气化金属微粒，高能气化金属微粒冷却后形成将金属化的光纤光栅传感器和连接筒部位的外层钢丝完全包裹的金属结合体，使金属化的光纤光栅传感器与索内钢丝有效结合为一体。通过监测光纤光栅中心波长的变化，可实现对缆索的整体受力情况及缆索内钢丝的应力分布状况进行实时监测。

键合指同质金属在高温、高压情况下同质金属中离子键级作用的一种工艺，键合的温度可达几百甚至一千多度。由于光纤光栅器件本身承受温度的能力有限，所以开发的技术温度仅为200度左右，整个过程是在此低温状态下完成，通过金属结合体中微粒间的键合力将金属化的光纤光栅传感器与索体内钢丝紧密结合为一体。