[发明专利]一种自感知平行钢丝拉索及其制作方法

说明书

本发明提供一种自感知平行钢丝拉索及其制作方法，自感知平行钢丝拉索包括索体和两端的锚固组件，所述索体内包括多根平行设置的钢丝，一根或多根所述钢丝上设有凹槽，所述凹槽内嵌设有光纤光栅传感器。本发明将光纤光栅传感器与传统平行钢丝拉索有机结合起来，形成一体式的结构，能够有效地监测、评估拉索使用过程中的环境、受力及损失状态，为反馈指导拉索安装施工及后期运营过程的安全评定提供直接的信息。内嵌传感器可保证传感器的存活率，并减少了外贴传感器的复杂工序，消除了传感器安装误差，可广泛用于桥梁岩土结构用拉索索力的实时监测。

技术领域

本发明涉及桥梁岩土结构工程用拉索技术领域，具体是一种自感知平行钢丝拉索及其制作方法。

背景技术

拉索作为一种承受拉力的构件，已在桥梁、岩土、建筑等工程中获得广泛应用，拉索主要有夹片锚、冷铸锚、热铸锚等形式。在授权公告号为CN 100354471C的专利文献中，记载了一种超高强度平行钢丝耐久型拉索，包括索体及配装在索体两端的冷铸锚具，采用钢丝端部墩头加灌浆料双重锚固方式，具有卓越的锚固可靠性和锚固耐久型。目前，该类平行钢丝拉索大量运用在大型斜拉桥、拱桥等桥梁结构中。

另一方面，如何实现桥梁岩土结构拉索受力及损失状态的实时监测、确保拉索结构工程长期安全稳定，也是桥梁岩土结构工程监测技术发展的关键。目前国内外对拉索的索力及损伤状态测试方法主要采用磁通量传感器、压力传感器、液压传感器等。磁通量传感器测量线路需通电，连接线缆粗且易受干扰，在雷雨等恶劣气候条件容易受损；传输距离受限于线路电阻，线路越长误差越大，最长仅200米；其传感线圈为漆包线，耐久性存疑，需多重防腐，长期监测存在老化可能。压力传感器安装后，锚头体积变大，且制作及维护成本高。液压传感器的长期耐久性及稳定性差，无法进行长期而稳定的监测。

在申请号为201710237787.7的专利文献中，记载了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。根据该制作方法，植有光纤光栅传感器的钢丝在拉索中心，光纤光栅传感器伸至中心钢丝端部外，势必导致此钢丝不能进行墩头，影响锚固性能，且出线端设置在在分丝板外，在安装锚杯等部件时所采用的工装易将光纤出线端压坏，严重影响自感知拉索的成活率。钢丝螺旋形开槽后，虽能在一定程度下减小光栅传感器的应变，但其钢丝的整体力学性能劣于直线开槽的钢丝，易发生破坏，且将光纤从槽内挑出时极易损坏光纤，导致制作过程困难。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种易制作、精度高、耐久性好的自感知平行钢丝拉索及其制作方法。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自感知平行钢丝拉索，包括索体和两端的锚固组件，所述索体内包括多根平行设置的钢丝，一根或多根所述钢丝上设有凹槽，所述凹槽内嵌设有光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器为一根写入了一个或多个光纤光栅的单模光纤。

采用本发明技术方案，将光纤光栅传感器与传统平行钢丝拉索有机结合起来，形成一体式的结构。光纤光栅传感器通过与光纤光栅解调仪连接，将光纤光栅感测得到的代表拉索应变的光信号传递给光纤光栅解调仪，能够有效地监测、评估拉索使用过程中的环境、受力及损失状态，为反馈指导拉索安装施工及后期运营过程的安全评定提供直接的信息。内嵌传感器可保证传感器的存活率，并减少了外贴传感器的复杂工序，消除了传感器安装误差，可广泛用于桥梁岩土结构用拉索索力的实时监测。

进一步地，带有凹槽的钢丝处于索体内钢丝结合体的最外侧，且凹槽的开口方向与该钢丝所处索体截面外圆的切线之间的夹角小于或等于30°。

采用上述优选的方案，结构牢靠，避免光纤熔接后被钢丝夹断。