一種光纖光柵式結(jié)構(gòu)連接螺栓受力監(jiān)測傳感器及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及土木工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說是一種光纖光柵式結(jié)構(gòu)連接螺栓受力監(jiān)測傳感器及方法，包括普通螺栓、內(nèi)植光柵式測力傳感器、光纖引出線，在普通螺栓的螺桿左右兩側(cè)分別開置細(xì)長的凹槽，凹槽內(nèi)各植入一個微型光柵式傳感器，信號由自帶光纖引出，光纖緊貼螺桿壁面布置，并穿過螺帽相應(yīng)位置開的小孔后，從螺帽頂面引出。光纖引出線可隨意接長，便于采用光纖光柵式解調(diào)儀遠(yuǎn)距離讀取傳感器數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控結(jié)構(gòu)連接螺栓的受力狀態(tài)。本發(fā)明優(yōu)點為內(nèi)置傳感器體積小、防水、耐腐蝕、電絕緣性能好、抗電磁干擾能力強(qiáng)，工裝后外形同普通螺栓基本一樣，安裝方便，能適應(yīng)于復(fù)雜環(huán)境和遠(yuǎn)距離信號傳輸，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程長期監(jiān)測。
【專利說明】一種光纖光柵式結(jié)構(gòu)連接螺栓受力監(jiān)測傳感器及方法
[【技術(shù)領(lǐng)域】]
[0001] 本發(fā)明涉及土木工程結(jié)構(gòu)中拼裝各種構(gòu)件所用鋼螺栓的受力監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體 來說是一種光纖光柵式結(jié)構(gòu)連接螺栓受力監(jiān)測傳感器及方法。
[【背景技術(shù)】]
[0002] 在目前軟土地基的城市隧道中，盾構(gòu)法施工的管片隧道是較為常見的一種結(jié)構(gòu)形 式。管片隧道主要受力構(gòu)件是一個鋼筋混凝土圓環(huán)，整體的混凝土圓環(huán)是無法在隧道內(nèi)運 輸和安裝的，解決方法就是將這些混凝土圓環(huán)分解成多塊，分解運輸，洞內(nèi)拼裝，這些塊就 是管片，將這些分解的管片拼裝成一個圓環(huán)的鋼構(gòu)件就是螺栓，螺栓主要承受軸向力。
[0003] 對于拼裝管片所用螺栓的受力狀態(tài)需進(jìn)行實時監(jiān)測，一是判斷所監(jiān)測到的螺栓受 力是否過載，預(yù)見事故和險情，以便及時采取措施，防患于未然；二是根據(jù)所監(jiān)測到的螺栓 受力數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析，指導(dǎo)施工，修正螺栓設(shè)計參數(shù)和檢驗施工預(yù)設(shè)計，確保設(shè)計和施 工的合理性和經(jīng)濟(jì)性。由于螺栓安裝之后主體位于管片內(nèi)部，常規(guī)測試手段無法對其受力 狀況進(jìn)行測試。
[0004] 專利申請?zhí)枮?2232164. 0的中國專利公開了一種光纖智能螺栓，包括螺栓、光纖 接口和白光干涉式光纖絕對形變傳感器，其是將白光干涉式光纖絕對形變傳感器做出光纖 接口后內(nèi)嵌于普通金屬單頭或雙頭螺栓軸向中心深孔或透孔中，間隙中用環(huán)氧樹脂填充。 該專利申請需要在螺栓的中部鉆孔后插入形變傳感器，不僅安裝不便且螺栓監(jiān)測的精度不 佳。
[
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的是針對目前市場上還沒有螺栓受力監(jiān)測傳感器，而設(shè)計一種可以良 好的解決構(gòu)件間連接螺栓受力監(jiān)測的光纖光柵式結(jié)構(gòu)連接螺栓受力監(jiān)測傳感器及方法。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，提供一種光纖光柵式結(jié)構(gòu)連接螺栓受力監(jiān)測傳感器，包括普 通螺栓、內(nèi)植光柵式測力傳感器、光纖引出線，在普通螺栓的螺桿左右兩側(cè)分別開置細(xì)長的 凹槽，凹槽內(nèi)各植入一個微型光柵式傳感器，螺栓螺桿的側(cè)壁中間設(shè)有光纖引出線，信號由 光纖引出后穿過螺帽相應(yīng)位置開的小孔從螺帽頂面引出，對螺栓的受力狀態(tài)實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時 監(jiān)控，所述的光纖光柵式結(jié)構(gòu)連接螺栓受力監(jiān)測傳感器工作溫度為-20°c?60°C，細(xì)螺栓 最大量程為150KN，粗螺栓最大量程為250KN，精度為到0. 1KN。
[0007] 本發(fā)明中的光纖引出線可隨意接長，便于采用光纖光柵式解調(diào)儀遠(yuǎn)距離讀取傳感 器數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控結(jié)構(gòu)連接螺栓的受力狀態(tài)。
[0008] 上述的光纖光柵式結(jié)構(gòu)連接螺栓受力監(jiān)測傳感器的方法為：
[0009] 在普通螺栓上開槽植入微型光柵式傳感器，將微型光柵式傳感器附著在螺栓的受 力表面，使其與螺栓一起變形，從而檢測螺栓的應(yīng)變和應(yīng)力，包括以下工藝：首先對螺栓進(jìn) 行加工處理，在螺桿兩側(cè)開槽，開槽尺寸為4X4mm，同時在螺帽對應(yīng)凹槽的位置打孔，將微 型光柵式傳感器埋入螺栓凹槽內(nèi)，傳輸光纜從螺帽小孔中引出，最后用結(jié)構(gòu)膠封閉凹槽，使 得光柵螺栓合為一體，在封裝完成之后，隨后再在螺栓表面縮上熱縮套管密封。
[0010] 本發(fā)明與行業(yè)內(nèi)其他測力傳感技術(shù)相比，有以下優(yōu)點：內(nèi)置傳感器，體積小、防水、 耐腐蝕、電絕緣性能好、抗電磁干擾能力強(qiáng)，工裝后外形同普通螺栓基本一樣，安裝方便，能 適應(yīng)于復(fù)雜環(huán)境和遠(yuǎn)距離信號傳輸，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性很好，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程長期監(jiān)測。
[【專利附圖】

【附圖說明】]
[0011] 圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0012] 圖2是本發(fā)明的側(cè)面圖；
[0013] 圖3是本發(fā)明的正面圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明的應(yīng)力標(biāo)定結(jié)果；
[0015] 圖中：1、螺栓2、傳感器尾纖引線3、微型光柵式傳感器；
[0016] 指定圖1作為本發(fā)明的摘要附圖。
[【具體實施方式】]
[0017] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，這種裝置的結(jié)構(gòu)和原理對本專業(yè)的人來說 是非常清楚的。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本 發(fā)明。
[0018] 實施例1
[0019] 本發(fā)明的基本技術(shù)思路是在普通螺栓上開槽植入微型光纖光柵式傳感器，基本原 理是將光纖傳感器附著在螺栓的受力表面使其與螺栓一起變形，從而記錄螺栓的應(yīng)變和應(yīng) 力。具體工藝如下：首先對螺栓進(jìn)行加工處理，在螺桿兩側(cè)開槽，開槽尺寸為4X4mm(深X 寬），同時在螺帽對應(yīng)凹槽的位置打孔。將光纖傳感器埋入螺栓凹槽內(nèi)，傳輸光纜從螺帽小 孔中引出，最后用結(jié)構(gòu)膠封閉凹槽，使得光柵螺栓合為一體，在封裝完成之后隨后再在螺栓 表面縮上熱縮套管密封。由于螺桿同時受拉和受彎，為了全面掌握螺桿的實際受力狀態(tài)，本 方案中在螺桿兩側(cè)對稱開槽，對受拉和受彎狀態(tài)進(jìn)行同時監(jiān)控。
[0020] (1)螺栓計的安裝：與普通螺栓一樣，使用螺栓計進(jìn)行管片拼裝，螺栓計承受拉 力，無需改變安裝工藝，簡單便捷。
[0021] (2)螺栓計的線路布置：利用尾纖將傳感器的信號引出，尾纖可以利用普通光纖 進(jìn)行接長、引線至監(jiān)測設(shè)備。
[0022] (3)螺栓計數(shù)據(jù)監(jiān)測：在監(jiān)控室中，利用光纖光柵解調(diào)儀對螺栓計信號進(jìn)行解調(diào)， 從而實時或者定期的監(jiān)測螺栓的受力狀況。
[0023] 為了確保螺栓計良好的工作性能，在實驗室里對所設(shè)計的螺栓計進(jìn)行測試標(biāo)定。 由于螺栓計主要承受拉力，同時為了簡化數(shù)據(jù)處理，實驗室標(biāo)定時采用軸向張拉狀態(tài)。由于 螺栓一端是螺紋，另一端是螺帽，利用專門設(shè)計的軸向張拉裝置，對螺栓進(jìn)行加載測試。測 試結(jié)果顯示，螺栓計的線性和重復(fù)性能均很好，說明該設(shè)計可以滿足實際使用要求。
[0024] 本發(fā)明已在盾構(gòu)法施工的實際管片隧道工程中運用，工程中共安裝了 40個此種 螺栓計，現(xiàn)場安裝簡便，傳感器數(shù)據(jù)實現(xiàn)長期遠(yuǎn)程監(jiān)控，真實地反映了管片中螺栓的受力大 小和隨著工期開展的受力變化情況，數(shù)據(jù)精度高，穩(wěn)定性好，能夠滿足工程需求。
【權(quán)利要求】
1. 一種光纖光柵式結(jié)構(gòu)連接螺栓受力監(jiān)測傳感器，包括普通螺栓、內(nèi)植光柵式測力傳 感器、光纖引出線，其特征在于在普通螺栓的螺桿左右兩側(cè)分別開置細(xì)長的凹槽，凹槽內(nèi)各 植入一個微型光柵式傳感器，螺栓螺桿的側(cè)壁中間設(shè)有光纖引出線，信號由光纖引出后穿 過螺帽相應(yīng)位置開的小孔從螺帽頂面引出，對螺栓的受力狀態(tài)實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控，所述的 光纖光柵式結(jié)構(gòu)連接螺栓受力監(jiān)測傳感器工作溫度為-20°c?60°C，最大量程為250KN，精 度為到0. 1KN。
2. -種光纖光柵式結(jié)構(gòu)連接螺栓受力監(jiān)測傳感器的方法，其特征在于在普通螺栓上開 槽植入微型光柵式傳感器，將微型光柵式傳感器附著在螺栓的受力表面，使其與螺栓一起 變形，從而檢測螺栓的應(yīng)變和應(yīng)力，包括以下工藝：首先對螺栓進(jìn)行加工處理，在螺桿兩側(cè) 開槽，開槽尺寸為4X4mm，同時在螺帽對應(yīng)凹槽的位置打孔，將微型光柵式傳感器埋入螺栓 凹槽內(nèi)，傳輸光纜從螺帽小孔中引出，最后用結(jié)構(gòu)膠封閉凹槽，使得光柵螺栓合為一體，在 封裝完成之后，隨后再在螺栓表面縮上熱縮套管密封。
【文檔編號】G01L1/24GK104089729SQ201410353570
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】趙榮欣, 吳華勇, 楊超斌 申請人:上海市建筑科學(xué)研究院