專利名稱：光纖光柵纖維增強(qiáng)樹脂筋智能拉索的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于系桿拱橋、斜拉橋、懸索橋、纜索等拉索體系的智能拉索，具體地說是一種高強(qiáng)度、輕質(zhì)量、耐疲勞、耐腐蝕且具有在線實(shí)時(shí)監(jiān)測功能的拉索。
背景技術(shù)：
斜拉橋的拉索、系桿拱橋的吊桿、懸索橋和索道的纜索等構(gòu)件是橋梁、索道等結(jié)構(gòu)的核心構(gòu)件，素有“生命線”之稱。由于環(huán)境的影響，當(dāng)前的鋼絲拉索容易生銹腐蝕、疲勞損傷，服役期往往比預(yù)先設(shè)計(jì)的短得多。近幾年來，拉索的斷損和換索的事例，國內(nèi)外時(shí)有發(fā)生。拉索的換索費(fèi)用是很高的，一般在原橋總造價(jià)的一倍以上，為原拉索造價(jià)的數(shù)十倍。如德國KohibrandEstuary橋，建成3年后換索，耗資6000萬美元，為原造價(jià)的4倍?？梢哉f，拉索的損傷將會造成經(jīng)濟(jì)上的巨大損失，甚至?xí)o人類帶來巨大的災(zāi)難，因此如何開發(fā)新型拉索是一個(gè)極其重要且迫需解決的課題。
另一方面，如何實(shí)現(xiàn)對拉索長期工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保使用期內(nèi)拉索安全運(yùn)行，也是拉索技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。目前對索的受力測試和損傷評價(jià)主要采用加速度測試、腐蝕檢測、磁圈檢測等技術(shù)，這些技術(shù)存在精度低、可操作性差、受干擾影響大、穩(wěn)定性差、不能實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測等缺點(diǎn)。因此，拉索的受力測試和損傷評估亟需可靠的測試手段和技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有智能特性的光纖光柵纖維增強(qiáng)樹脂筋智能拉索。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括由纖維增強(qiáng)筋和含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋組成的拉索，含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋分布于纖維增強(qiáng)筋中，在拉索外覆蓋護(hù)套，拉索的端部帶有錨頭。
本發(fā)明還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征1、在含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋中設(shè)置的光線光柵傳感器包括監(jiān)測光纖光柵傳感器和溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器，其中溫度補(bǔ)償光纖光柵懸空封裝在金屬毛細(xì)管中。
2、含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋的信號傳輸光纖從錨頭端部引出，其錨頭端部開有預(yù)留孔。
3、含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋的信號傳輸光纖從錨頭導(dǎo)管上引出，其導(dǎo)管上開有預(yù)留孔。
4、在引出信號傳輸光纖的預(yù)留孔處設(shè)置有保護(hù)盒。
5、含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋在拉索截面中間及周向布置。
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、不銹蝕、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異性能，是新型拉索體系能勝任的材料。
近期發(fā)展起來的光纖光柵傳感技術(shù)為實(shí)現(xiàn)拉索在線實(shí)時(shí)監(jiān)測目的提供了良好的技術(shù)手段，能滿足現(xiàn)在拉索監(jiān)測的高精度和長期性的技術(shù)要求。
本發(fā)明結(jié)合纖維增強(qiáng)筋的物理力學(xué)特性、光纖布拉格光柵的感知特性和拉索的受力特點(diǎn)研制開發(fā)的光纖光柵纖維增強(qiáng)智能索。
光纖光柵測試技術(shù)是基于波長信息的絕對測量技術(shù)。由于光纖光柵具有波長選擇性、與光纖系統(tǒng)兼容、插入損耗低、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低廉等特性，其突出的優(yōu)點(diǎn)是能避免電磁場的干擾，電絕緣性好；不受潮濕環(huán)境影響；耐久性好，具有抵抗包括高溫(小于600℃)在內(nèi)的各種惡劣環(huán)境及化學(xué)侵蝕的能力，具有承受振動和沖擊的能力；質(zhì)量輕、體積小、對結(jié)構(gòu)影響小、易于布置；既可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)測量，也可以實(shí)現(xiàn)分布式測量；絕對測量；節(jié)省線路，只用一根線就可以傳送結(jié)構(gòu)狀態(tài)信號；信號、數(shù)據(jù)可多路傳輸，便于與計(jì)算機(jī)連接，單位長度上信號衰減??；靈敏度高，精度高；頻帶寬，信噪比高等。目前，光纖光柵傳感器已經(jīng)廣泛用于土木工程、航空航天、石油化工、醫(yī)學(xué)、環(huán)境工程等領(lǐng)域。
纖維增強(qiáng)筋具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐蠕變、耐疲勞、耐腐蝕等優(yōu)異性能，而且容易加工成型，能很方便地埋入光纖光柵傳感器。
本發(fā)明將光纖光柵、纖維增強(qiáng)筋與拉索有機(jī)結(jié)合，使在具有纖維增強(qiáng)的高強(qiáng)度、輕質(zhì)量、耐蠕變、耐腐蝕等特性外，具備了光纖光柵的所有優(yōu)點(diǎn)如傳感精度高(可達(dá)1～2με)、抗電磁干擾、準(zhǔn)分布式傳感、絕對測量、穩(wěn)定性與耐久性好等，可以方便地掌握拉索在施工和服役期間的受力情況，從而可以指導(dǎo)拉索的預(yù)應(yīng)力張拉與施工，并為服役拉索的損傷識別和換索決策提供直接的信息。通過內(nèi)外周向布置光纖光柵可以方便把握拉索內(nèi)部筋的受力不均情況。這種智能拉索是光纖光柵的一種優(yōu)良封裝保護(hù)，克服了裸光纖光柵難以適應(yīng)拉索結(jié)構(gòu)粗放式施工的要求，并充分發(fā)揮光纖光柵的優(yōu)良傳感器性能。此外，智能拉索可以根據(jù)工程實(shí)際需要，切割成任意長度，將傳輸光纜引出即可。這種拉索使用非常方便，特別適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明結(jié)合纖維增強(qiáng)筋復(fù)合材料的力學(xué)性能、拉索受力特點(diǎn)和光纖布拉格光柵的感知特性研制開發(fā)的光纖光柵纖維增強(qiáng)智能索，可廣泛用于斜拉橋、懸索橋、吊桿拱橋、纜索等需要拉索構(gòu)件的工程結(jié)構(gòu)。


圖1是本發(fā)明的含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋的示意圖；圖2是本發(fā)明的一種實(shí)施方案的截面示意圖；圖3是本發(fā)明的實(shí)施方案的光纖光柵布置示意圖；圖4和圖5是本發(fā)明的兩種信號傳輸光纖的引出部位結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖1的剖視圖。
(五)具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述結(jié)合圖2，光纖光柵智能拉索的組成包括由含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋2和纖維增強(qiáng)筋3組合成型的拉索，拉索外覆蓋護(hù)套4。拉索的端部帶有錨頭。同時(shí)結(jié)合圖1和圖7，含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋中埋有光纖光柵傳感器1。同時(shí)結(jié)合圖3，在含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋中設(shè)置的光線光柵傳感器包括監(jiān)測光纖光柵傳感器6和溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器7，其中溫度補(bǔ)償光纖光柵懸空封裝在金屬毛細(xì)管8中。結(jié)合圖5和圖6，拉索端部的錨頭可以有兩種形式一種是含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋的信號傳輸光纖從錨頭端部引出，其錨頭端部開有預(yù)留孔9，在引出信號傳輸光纖的預(yù)留孔處設(shè)置有保護(hù)盒10；另一種是含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋的信號傳輸光纖從錨頭導(dǎo)管11上引出，其導(dǎo)管上開有預(yù)留孔9，在引出信號傳輸光纖的預(yù)留孔處設(shè)置有保護(hù)盒10。含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋在拉索截面中間及周向布置。
本發(fā)明的產(chǎn)品可以采用下述方法來制作1)計(jì)算拉索纖維增強(qiáng)筋2的下料長度，確定光纖光柵傳感器在拉索長度方向上的位置，并計(jì)算出口光纜的最小長度，然后將合適長度的光纖光柵1跟纖維一起牽拉，采用熱擠法制成含光纖光柵的纖維增強(qiáng)筋2?？紤]到拉索服役監(jiān)測期間的溫度影響，在布設(shè)的光纖光柵6、7中讓其中一個(gè)懸空，只感受溫度信息，用作溫度補(bǔ)償。必須注意的是溫度補(bǔ)償用光柵7必須置于毛細(xì)金屬管8內(nèi)，并懸空，使其處于自由伸縮狀態(tài)。
2)采用熱擠法制作纖維增強(qiáng)筋3，并按需要截?cái)啵?)根據(jù)埋入光纖光柵纖維增強(qiáng)筋在拉索橫斷面的優(yōu)化布置圖(見圖2)，將埋入光纖光柵的纖維增強(qiáng)筋2跟纖維增強(qiáng)筋3組合編制成正六邊形或缺角正六邊形的拉索。
3)將編制好的拉索，通過熱擠高密度聚乙烯防護(hù)或加其它護(hù)套4防護(hù)，形成智能拉索5。
4)在拉索加錨具成套處理時(shí)，將信號傳輸光纜1從拉索中引出，并與光纖跳線連接。傳輸光纜可以從錨端部導(dǎo)管引出。它們可以分別用下述方法實(shí)現(xiàn)針對從錨頭引出情況，首先在錨頭開預(yù)留孔9，然后將傳輸光纖1引出，并置于預(yù)制的保護(hù)盒10內(nèi)即可；針對從導(dǎo)管引出情況，預(yù)先在導(dǎo)管11上開預(yù)留孔9，引出光纜1，并用保護(hù)盒10進(jìn)行保護(hù)。待實(shí)測時(shí)，將信號傳輸光纜1引出即可。
智能拉索服役期間狀態(tài)評定采用校驗(yàn)系數(shù)來評定拉索的使用狀態(tài) 正常使用情況下，校驗(yàn)系數(shù)小于1，并且越小越安全；當(dāng)校驗(yàn)系數(shù)接近或大于等于1時(shí)，認(rèn)為拉索達(dá)到了極限狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種光纖光柵纖維增強(qiáng)樹脂筋智能拉索，其特征是它包括由纖維增強(qiáng)筋和含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋組成的拉索，含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋分布于纖維增強(qiáng)筋中，在拉索外覆蓋護(hù)套，拉索的端部帶有錨頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵纖維增強(qiáng)樹脂筋智能拉索，其特征是在含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋中設(shè)置的光線光柵傳感器包括監(jiān)測光纖光柵傳感器和溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器，其中溫度補(bǔ)償光纖光柵懸空封裝在金屬毛細(xì)管中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖光柵纖維增強(qiáng)樹脂筋智能拉索，其特征是含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋的信號傳輸光纖從錨頭端部引出，其錨頭端部開有預(yù)留孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖光柵纖維增強(qiáng)樹脂筋智能拉索，其特征是含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋的信號傳輸光纖從錨頭導(dǎo)管上引出，其導(dǎo)管上開有預(yù)留孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖光柵纖維增強(qiáng)樹脂筋智能拉索，其特征是在引出信號傳輸光纖的預(yù)留孔處設(shè)置有保護(hù)盒。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖光柵纖維增強(qiáng)樹脂筋智能拉索，其特征是在引出信號傳輸光纖的預(yù)留孔處設(shè)置有保護(hù)盒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5或6所述的光纖光柵纖維增強(qiáng)樹脂筋智能拉索，其特征是含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋在拉索截面中間及周向布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖光柵纖維增強(qiáng)樹脂筋智能拉索，其特征是含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋在拉索截面中間及周向布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖光柵纖維增強(qiáng)樹脂筋智能拉索，其特征是含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋在拉索截面中間及周向布置。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種光纖光柵纖維增強(qiáng)樹脂筋智能拉索。它包括由纖維增強(qiáng)筋和含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋組成的拉索，含光纖光柵傳感器的纖維增強(qiáng)筋分布于纖維增強(qiáng)筋中，在拉索外覆蓋護(hù)套，拉索的端部帶有錨頭。本發(fā)明將光纖光柵、纖維增強(qiáng)筋與拉索有機(jī)結(jié)合，使在具有纖維增強(qiáng)的高強(qiáng)度、輕質(zhì)量、耐蠕變、耐腐蝕等特性外，具備了光纖光柵的所有優(yōu)點(diǎn)。可廣泛用于斜拉橋、懸索橋、吊桿拱橋、纜索等需要拉索構(gòu)件的工程結(jié)構(gòu)。
文檔編號D07B1/02GK1779067SQ20041004405
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者歐進(jìn)萍, 周智, 李惠 申請人:歐進(jìn)萍, 周智, 李惠