[发明专利]基于光纤分布式测量的斜拉索锚头性能衰退状态监测方法

摘要

一种基于光纤分布式测量的斜拉索锚头性能衰退状态监测方法，该方法通过在锚杯内植入分布式光纤应变传感器获取应变数据，通过应变数据得到初始应力衰变函数，在后续过程中，通过应变数据实时得到当前应力衰变函数，根据初始应力衰变函数和当前应力衰变函数计算出锚头健康度的量化指标，从而实现锚头性能的实时监测；本发明的有益技术效果是：提出了一种基于光纤分布式测量的斜拉索锚头性能衰退状态监测方法，该方法可以实现锚头病害的及时发现以及连续监测。

主权项

1.一种基于光纤分布式测量的斜拉索锚头性能衰退状态监测方法，所述斜拉索锚头由锚杯、分丝板、多根钢丝和环氧砂浆填料组成，分丝板固定在锚杯的底部，分丝板上设置有多个预留孔，钢丝的内端穿过分丝板上的预留孔后墩头固定，多根钢丝与多个预留孔一一对应，锚杯内钢丝周围的区域由环氧砂浆填料填充；其特征在于：所述斜拉索锚头性能衰退状态监测方法包括：1)在分丝板上的实心部分预制多个植入孔；锚头制作过程中，在灌注环氧砂浆填料之前，在每个植入孔内均植入一根细条状的分布式光纤应变传感器，分布式光纤应变传感器的轴向与钢丝轴向平行，分布式光纤应变传感器的端头延伸至锚杯深处，分布式光纤应变传感器的尾纤置于分丝板外，然后灌注环氧砂浆填料，环氧砂浆填料将分布式光纤应变传感器和钢丝包裹在内与锚杯一起形成整体结构；2)锚头制作好后，在安装之前，对锚头进行超张拉试验；试验过程中，通过分布式光纤应变传感器获取锚杯内不同深度位置的应变数据；将获得的多个应变数据拟合为如下的初始应力分布函数：σx＝σ0(a1·x+a2·x2+a3·x3+a4·x4+1)其中，x为锚头起始端至分布式光纤应变传感器上某一应变监测点的轴向距离，所述锚头起始端为锚头上与分丝板相对的那一端，x简记为锚固深度，σ0为超张拉过程中检测到的锚头起始端位置处钢丝所受的轴向应力，σx为锚固深度为x处钢丝所受轴向应力，a1、a2、a3、a4为初始应力衰减系数；根据分布式光纤应变传感器检测到的对应不同锚固深度的多组σx和x，按初始应力分布函数求解出σ0、a1、a2、a3、a4：获得初始应力衰变函数f(x)：f(x)＝a1·x+a2·x2+a3·x3+a4·x4+1；3)将锚头投入使用；锚头服役期间，通过分布式光纤应变传感器实时监测锚杯内不同锚固深度位置的应变数据；将实时监测到的应变数据实时拟合为如下的监测应力分布函数：σx'＝σ0'(a1'·x+a2'·x2+a3'·x3+a4'·x4+1)其中，σ0'为服役期间监测到的锚头起始端位置处钢丝所受的轴向应力，σx'为服役期间监测到的锚固深度x处钢丝所受轴向应力，a1'、a2'、a3'、a4'为当前应力衰减系数；根据分布式光纤应变传感器检测到的对应不同锚固深度的多组σx'和x，求解出σ0'、a1'、a2'、a3'、a4'，获得当前应力衰变函数f'(x)：f'(x)＝a1'·x+a2'·x2+a3'·x3+a4'·x4+1；4)根据下式计算出锚头健康度A：其中，h为分布式光纤应变传感器监测范围内锚固深度的最大值；将A与一报警阈值T0进行比较，若A>T0，则说明锚头已存在隐患；T0由仿真试验和理论计算获得。