[实用新型]一种光纤桥梁拉索锈蚀监测传感器

说明书

技术领域

本发明属于土木工程桥梁结构安全监测领域，涉及到桥梁拉索锈蚀监测的一种光纤监测传感器。 

背景技术

桥梁拉索将桥面系荷载传递给塔（主拱），桥面系荷载包括桥面自重的恒荷载和车辆、风及温度等荷载，拉索在活荷载作用下将产生疲劳效应，导致疲劳累积损伤；此外，由于拉索桥梁是超静定结构，其它构件的变形和损伤也会导致桥梁拉索受力状态的变化，如汤国栋的检测结果表明，设计和成桥时受力基本相同的拉索在服役8年后，最长拉杆的内力与最短拉索内力相差20余倍，这就使拉索的服役安全存在着相当大的隐患。另外，拉索暴露在大气环境中，雨水和污染空气（包括车辆尾气）的侵蚀将导致拉索应力锈蚀。通过目前桥梁检测结果分析，锈蚀是桥梁拉索最普遍、最严重损伤的形式。桥梁拉拉索损伤发生的部位包括桥梁拉索索体和锚头，一般锚头比桥梁拉索的索体损伤严重，下锚头比上锚头严重。 

桥梁拉索锈蚀损伤与拉索的防护措施有关。我国早期建造的拉索桥梁常采用预应力或部分预应力拉索，这类拉索主要是通过混凝土来避免钢筋锈蚀；第二类是采用不锈钢套管防护，不锈钢套管内浇注混凝土或砂浆；第三类是近年常采用的热挤PE套。早期的锚头常采用混凝土进行封锚；也有采用钢套筒，然后浇注混凝土或采用其它密封材料进行封锚。导致拉索发生锈蚀的主要原因有： 

1)灌注砂浆及钢套管结合不密实造成钢绞线与外界接触，空气中的水分和酸性物质与钢绞线发生化学反应，导致钢绞线锈蚀； 

2)封锚混凝土不密实或开裂造成积水进入拉索并沿钢绞线束间隙渗入钢绞线内部造成其锈蚀，且中丝较外丝锈蚀严重； 

3)锚头防护缺陷使空气、雨水与锚具、垫板等直接接触而产生锈蚀，并延伸锈蚀至钢绞线； 

4)钢绞线与套管摩擦损伤表面氧化膜加速其锈蚀。 

随着服役时间的增加，在应力作用下，拉索的锈蚀程度将不断累积，钢绞线（平行钢丝）的承载断面将不断削弱，极端的情况下，拉索将发生断裂，如建于1969年至1974年德国汉堡库尔不兰特桥，由于斜拉索锈蚀严重，在建成的第三年，就更换了所有的斜拉索，耗资6000万美元，而换索的造价为新建的3～4倍。 

目前桥梁拉索锈蚀损伤检测的方法有：1）人工检测方法：主要是检查索系统是否遭受锈蚀，各紧固件是否松动，索体是否有倾斜；优点是定性地直观检查；缺点是检测费人力物力，检查范围有限且检测结果为定性难满足评定要求，对突发性事故无法实现及时检测与监测。2）超声波检测方法：主要用来检测平行钢丝或者钢绞线表面裂纹、锈坑，但由于拉索索体由多根平行钢丝或者钢绞线组成，截面形状复杂、锈蚀损伤位置不确定，超声波仅仅能检测表面缺陷，此外，锚头形状复杂，超声波检测存在较大的盲区。3）放射线检测法：可以检测拉索内部损伤和缺陷，能较准确地得到拉索索体内部的锈蚀和断丝以及滑丝等损伤，但检测锚头精度不高，缺点是为了屏蔽对人体的辐射，射线装置往往较大。4）电化学检测方法：电化学检测主要针对单根钢筋或者钢绞线，对多根平行钢丝或者钢绞线组成的拉索其检测效果欠佳，尤其现在的评定方法基本上是根据电位差的范围定性判断拉索的锈蚀状况，没有办法进行定量和实时测试。 因而发展高精度、布设方便、实时监测的桥梁拉索锈蚀监测传感器具有重要的意义。 

针对上述问题，为了实现桥梁拉索索体、特别是锚头锈蚀的高耐久性、高精度、实时监测。本发明提出一种基于光纤布里渊与白光干涉两种光纤传感技术的拉索锈蚀定量监测方法，实现对锚头以及与锚头相连接的索体易锈蚀位置的锈蚀监测。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光纤桥梁拉索锈蚀监测传感器。应用基于光纤布里渊传感技术的光纤传感结构与基于光纤白光干涉传感技术的光纤传感结构，实现对拉索锚头内部单根镀锌钢丝测点以及索体钢丝束易产生锈蚀位置的锈蚀定量监测。该锈蚀监测方法以缠绕在钢丝束外表面或加砂浆垫层的镀锌钢丝外表面的单模光导纤维作为传感单元，可以实现对锈蚀引起的钢丝束或单根镀锌钢丝周向锈蚀膨胀应变的长期，稳定监测。 

本发明的技术方案是： 

光纤桥梁拉索锈蚀监测传感方法的传感结构包括：镀锌钢丝锈蚀膨胀监测模块、钢丝束锈蚀膨胀监测模块、温度补偿光纤光栅、信号传输段光缆及保护钢套管,在厚度为2.5mm的水泥砂浆垫层外侧缠绕3m长的光纤传感线圈；在钢丝束透气胶带层外侧均匀单层紧密缠绕两条并列的光导纤维，分别形成互相紧密嵌合在一起的两个光纤线圈；每个线圈的缠绕光纤长度为6-10m。