[实用新型]耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋

说明书

技术领域

本申请属于监测技术领域，具体地说，涉及一种耦合光纤光栅的大量程 智能碳纤维筋。

背景技术

各种结构如建筑结构、桥梁结构、地下结构、海洋结构等在其服役期因 受到环境及荷载等各种效应的耦合作用，不可避免地产生损伤并积累，在必 要的情况需对其进行维修和加固。预应力碳纤维筋因具有强度高、重量轻、 耐久性好、易于施工等优点而广泛应用于各类结构、构件的维修加固中，对 其加固使用过程中的应力变形状态监测具有十分重大的意义。光纤光栅技术 通过栅格反射波长的变化和移动来感知外界物理量如应力、应变、温度、浓 度的微小变化，测量线性拟合度高，稳定性好。光纤光栅具有抗电磁干扰能 力强、传感器体积小、接线简单、远距离数据传输方便等的优点，对结构构 件的应变能进行高精度的、绝对的、准分布式数字测量，适合用于高强碳纤 维筋的受力变形的监测。

光纤光栅的材料脆，使用时受到的拉伸应变有限，一般不能超过5000 微应变，因此光纤光栅的量程较小。为提高强度利用率，维修加固用碳纤维 筋在受力时应变往往较高，不加预应力的碳纤维筋受力应变值接近6000微应 变，加预应力的碳纤维筋长期受力时应变值则达到甚至超过9000微应变。此 外，由于光纤光栅为极细小的、易脆的丝线，直径仅为0.05mm左右，布设 工艺难度大，布设不当时可能会导致其与构件粘合不充分，所检测到的应变 量与实际应变可能不吻合；另在复杂的施工过程可能会对光纤光栅保护不当， 无法保证其使用寿命以满足构件整个使用期的监测。

实用新型内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是解决现有光纤光栅对碳纤维筋 在使用过程中应力应变监测时量程受到限制问题。

为了解决上述技术问题，本申请提供一种耦合光纤光栅的大量程智能碳 纤维筋，其上设置有至少一个螺旋式凹槽，所述螺旋式凹槽内放置有光纤线 以及用于覆盖所述光纤线的光纤保护层，所述光纤线上刻有多个应变光栅和 温度光栅。

进一步的，所述螺旋式凹槽的横截面为圆弧形，其半径大于或等于0.1 毫米，且小于或等于0.5毫米。

进一步的，所述光纤线和所述光纤保护层填充满所述螺旋式凹槽。

进一步的，所述螺旋式凹槽个数为1至4个。

进一步的，所述螺旋式凹槽的螺旋角大于0°，且小于或等于90°。

进一步的，所述耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋为加固型碳纤维筋。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：

1)通过将多个应变光栅直接耦合在碳纤维筋内部，提高了结构粘合程度， 并与构件的变形保持一致，使应变光栅所测应变与构件的实际应变相吻合；

2)通过在碳纤维筋上设置螺旋式凹槽，根据构件的应变范围，改变凹槽 螺旋角的大小，即改变凹槽的螺距，扩大应变光栅测量的量程，避免了由于 光栅材料本身玻璃脆性而限制其测量量程的不利因素；

3)通过将温度光栅和应变光栅设置于碳纤维筋内部，在复杂的施工环境 下基本不受影响，避免了由于施工因素对温度光栅和应变光栅的不利影响， 保证了温度光栅和应变光栅的使用寿命满足长期监测的目的；

4)通过碳纤维筋开多个螺旋式凹槽，使多组光纤同时工作，可进行多项 数据对比，很大程度上提高了监测结果的准确性和说服力；

当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技 术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部 分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的 不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋的示意图；

图2是本申请实施例的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋的部分放大 示意图；

图3是本申请实施例的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋的横截面示 意图；

图4是本申请实施例的耦合光纤光栅的大量程智能碳纤维筋的横截面的 另一示意图；

图5是本申请实施例的温度光栅与碳纤维筋轴向变形数学关系示意图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请 如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并 据以实施。