[发明专利]一种单点温补的多功能FRP智能锚杆及其制作方法

摘要

本发明公开了一种单点温补的多功能FRP智能锚杆及其制作方法，主要包括带温补的无熔接长标距多光栅传感器、FRP锚杆主体等；所述无熔接长标距多光栅传感器在生产FRP锚杆时植入，制成一体化多功能FRP智能锚杆；带温补的无熔接长标距多光栅传感器包括多个依次非熔接串联的长标距光纤光栅传感单元以及在顶部同样非熔接串联的一个温度补偿传感单元。本发明既可用于矿产、土木、岩土等相关工程中的锚固加固，亦能对锚杆的承载能力、应力应变、以及损伤情况等的监测，更能用于围岩支护及围岩收敛变形和稳定性等的监测。

主权项

一种单点温补的多功能FRP智能锚杆，其特征在于：包括带温补的无熔接长标距多光栅传感器、FRP锚杆主体、引出光纤和软塑料套管；所述带温补的无熔接长标距多光栅传感器植入在FRP锚杆主体生产过程中，制成一体化单点温补的多功能FRP智能锚杆；所述带温补的无熔接长标距多光栅传感器包括依次非熔接串联的多个长标距光纤光栅传感单元和一个温度补偿传感单元；多个长标距光纤光栅传感单元的一端为光纤引出端，另一端连接温度补偿传感单元；多个长标距光纤光栅传感单元和一个温度补偿传感单元包括套管、封装在套管内的光纤和刻写在光纤上的光栅，长标距光纤光栅传感单元的光纤两端分别固定在套管的锚固点，而温度补偿传感单元的光纤则一端与长标距光纤光栅传感单元自身相连，在锚固点与套管相固结，而另一端自由；所述带温补的无熔接长标距多光栅传感器的引出光纤从FRP锚杆主体内引出，并设在软塑料套管内；上述一种单点温补的多功能FRP智能锚杆的制作方法，包括以下几个步骤：(1)制作带温补的无熔接长标距多光栅传感器(a1)在一根单模光纤上根据实际工程需求设计并刻写多个一定间距且不同波长的光栅；(a2)选用一个细的耐高温套管，内口径比光纤略粗，根据工程测试要求设计出每个光栅的锚固点位置，并在套管上根据锚固位置切出多个缺口，穿入带有多个光栅的单模光纤，调整光栅与套管缺口的位置；套管具有一定的长度，穿入套管的光纤应包括一定长度的尾纤；(a3)将套管的一端设置为温补端，并将此端头用胶封闭，同时将刻好的含有多个光栅的光纤在温补单元一端剪短，然后插入套管内，使其中的光栅的位置处于设计好的某个位置附近，且剪短光纤侧的光纤缩在套管内部且距离套管的封闭端头有一定距离；(a4)先将离套管封闭端头最近的一个缺口注入固结胶水形成锚固，这样使得温补段的光纤一端缩在套管内呈自由状态，而另一端与套管锚固，此段内的光纤可以自由滑动；(a5)待注入胶水已经固结的情况下，通过牵引装置在光纤尾纤处张拉对光纤施加一定的预应力，同时在其余套管缺口处注入固结胶水形成锚固，固结后将牵引装置放开，从而封装出含多个连续的长标距光纤光栅传感单元，对于每个长标距光纤光栅传感单元来说，套管内的光纤的两端分别通过固结胶与套管相固定，其余部分的光纤与套管内壁无接触，或在后期随锚杆变形后虽有少许接触但摩擦力极小可忽略不计；(2)制作一体化多功能FRP智能锚杆(b1)在无熔接长标距多光栅传感器的尾纤端，将尾纤沿细套管端口剪断，并在端口涂上一薄层胶或树脂进行端口封闭；(b2)将封装好的核心传感器和纤维在生产线上分别就位传送，核心传感器置于中心轴位置，而纤维则以核心传感器为中心进行放线浸胶、缠裹，并通过拉挤模具进行挤压成型，再进行固化，形成纤维复合材料锚杆杆体；(b3)当纤维放线至锚杆体形成至尾纤部分时，剪断纤维，余下已放线的纤维继续在生产线上浸胶、缠裹，在锚杆尾纤套管处形成保护锥，形成最终的一体化纤维复合材料多功能智能锚杆；(b4)在锚杆使用时，将尾纤端头的封闭段剪掉，然后用剥线钳将尾纤的套管剪断，抽出剪下的套管，露出引出光纤，再与传输光纤连接。