一種光纖拉索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于土木工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及到一種光纖拉索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]自上個(gè)世紀(jì)50年代以來，預(yù)應(yīng)力拉索廣泛用于橋梁結(jié)構(gòu)，特別是斜拉橋中預(yù)應(yīng)力拉索的材料和錨固體系出現(xiàn)了許多技術(shù)創(chuàng)新和跨越式的發(fā)展。在橋梁結(jié)構(gòu)中，拉索將橋面系荷載傳遞給塔(主拱)，橋面系荷載包括橋面自重的恒荷載和車輛、風(fēng)及溫度等荷載，拉索在活荷載作用下將產(chǎn)生疲勞效應(yīng)，導(dǎo)致疲勞累積損傷；此外，由于拉索橋梁是超靜定結(jié)構(gòu)，其它構(gòu)件的變形和損傷也會(huì)導(dǎo)致拉索受力狀態(tài)的變化，如四川大學(xué)的湯國棟在2002年的檢測(cè)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)和成橋時(shí)受力基本相同的拉索在服役8年后，最長拉桿的內(nèi)力與最短拉索內(nèi)力相差20余倍，這就使拉索的服役安全存在著相當(dāng)大的隱患。
[0003]目前拉索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)的方法主要有:1)油壓表法:根據(jù)千斤頂油缸中液壓和索拉力的關(guān)系，只需測(cè)定油缸中的油壓即可求得預(yù)應(yīng)力。但在實(shí)際工程中使用的油壓表的精度并不高，也容易發(fā)生故障再者千斤頂?shù)膬?nèi)摩阻力難以準(zhǔn)確地預(yù)計(jì)，它是隨著油封的磨損程度和張拉噸位的大小而變化的。此外千斤頂是串入纜索與錨頭之間使用的，橋梁投入正常運(yùn)營后，就無法再使用油壓表進(jìn)行預(yù)應(yīng)力測(cè)試。2)電測(cè)法:用于施工階段張拉預(yù)應(yīng)力的控制。優(yōu)點(diǎn)是精度高，缺點(diǎn)是監(jiān)測(cè)需要布置的導(dǎo)線很多很長，另外壓力傳感器價(jià)格比較昂貴，大噸位造價(jià)更高，不宜大量使用。再者隨著時(shí)間變化應(yīng)變片對(duì)變形的反應(yīng)也越來越遲鈍，監(jiān)測(cè)誤差也將隨之增大。3)頻率法:用頻率法測(cè)定預(yù)應(yīng)力，不僅方便，適應(yīng)多種工況，設(shè)備可重復(fù)使用，且測(cè)量精度已能滿足工程應(yīng)用要求，因此得到了廣泛使用。但由于該方法對(duì)拉索兩側(cè)端點(diǎn)連接方式需為鉸接的理論假設(shè)限制，使得該方法在一些不符合鉸接假設(shè)條件的拉索服役工況下的監(jiān)測(cè)精度難以保證。4)磁通量法:磁通量法所用的材料是電磁傳感器，這種傳感器由兩層線圈組成。優(yōu)點(diǎn)是除磁化拉索外，它不會(huì)影響拉索的任何力學(xué)特性和物理特性。缺點(diǎn)是造價(jià)高。5)光纖光柵壓力環(huán)法:該方法測(cè)得的橋梁預(yù)應(yīng)力有很高的精度，但是光柵敏感元件的粘結(jié)劑的耐久性差，從而導(dǎo)致傳感器壽命短，該方法還有待進(jìn)一步改進(jìn)與完善。
[0004]針對(duì)上述問題，為了實(shí)現(xiàn)拉索預(yù)應(yīng)力的高耐久性、高精度、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本實(shí)用新型提出一種基于白光干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)的橋梁預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)拉索預(yù)應(yīng)力的監(jiān)測(cè)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種光纖拉索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器。
[0006]應(yīng)用纏繞在預(yù)應(yīng)力被測(cè)件上的基于光纖白光干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)的光纖線圈傳感結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)應(yīng)力被測(cè)件受力的監(jiān)測(cè)，同時(shí)通過對(duì)溫度補(bǔ)償被測(cè)件環(huán)向應(yīng)變的監(jiān)測(cè)消除溫度對(duì)預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)的影響。理論上講，只要是圓柱形的預(yù)應(yīng)力受壓件均可作為本實(shí)用新型的預(yù)應(yīng)力被測(cè)件。本實(shí)用新型中將預(yù)應(yīng)力被測(cè)件具體為預(yù)應(yīng)力錨具中比較典型的受壓件，即錨板、螺母及壓力環(huán)。該拉索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法以纏繞在被測(cè)件外表面的單模光導(dǎo)纖維線圈作為傳感單元，測(cè)量彈性拉索受力后，引起位于拉索錨固端被測(cè)件的膨脹變形應(yīng)變。由于預(yù)應(yīng)力被測(cè)件所受的壓力即為拉索的預(yù)應(yīng)力。通過對(duì)預(yù)應(yīng)力被測(cè)件所受壓力的監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)拉索預(yù)應(yīng)力的長期、穩(wěn)定監(jiān)測(cè)。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0008]一種光纖拉索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器，該傳感器包括預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器和溫度補(bǔ)償傳感器；預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器包括預(yù)應(yīng)力被測(cè)件、光纖監(jiān)測(cè)組件及鋼保護(hù)套。溫度補(bǔ)償傳感器包括溫度補(bǔ)償被測(cè)件、光纖監(jiān)測(cè)組件及鋼保護(hù)套。預(yù)應(yīng)力被測(cè)件為錨板、螺母或壓力環(huán)中的一種。預(yù)應(yīng)力被測(cè)件環(huán)向外表面中部纏繞有光纖監(jiān)測(cè)組件，預(yù)應(yīng)力被測(cè)件通過鋼保護(hù)套保護(hù)。光纖監(jiān)測(cè)組件為接有光纖接頭的光纖線圈，光纖接頭位于光纖監(jiān)測(cè)組件的兩端，通過光纖法蘭將光纖接頭固定于預(yù)應(yīng)力被測(cè)件。預(yù)應(yīng)力被測(cè)件監(jiān)測(cè)時(shí)的溫度補(bǔ)償模塊與預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)模塊除作用不同外，其余完全相同。
[0009]預(yù)應(yīng)力被測(cè)件為錨板時(shí)，拉索中的鋼絞線依次穿過錨墊板、錨板后用夾片在錨板上進(jìn)行錨固，鋼絞線的拉力將使錨板受壓，并且鋼絞線所受拉力與錨板所受壓力大小相等。用上述方法制作預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器和溫度補(bǔ)償傳感器，預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器中的預(yù)應(yīng)力被測(cè)件為錨固拉索的錨板，溫度補(bǔ)償傳感器中的溫度補(bǔ)償被測(cè)件為與預(yù)應(yīng)力被測(cè)件完全相同、不受力且與預(yù)應(yīng)力被測(cè)件處于同一溫度環(huán)境的錨板。
[0010]預(yù)應(yīng)力被測(cè)件為螺母時(shí)，拉索端部與螺桿相連，螺桿依次穿過錨墊板球面墊板后用螺母固定。拉索所受拉力與螺桿所受拉力相等，螺桿拉力使螺母受壓，且螺母所受壓力與螺桿拉力大小相等，也即拉索拉力。用上述方法制作預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器和溫度補(bǔ)償傳感器，預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器中的預(yù)應(yīng)力被測(cè)件為固定螺桿的螺母，溫度補(bǔ)償傳感器中的溫度補(bǔ)償被測(cè)件為與預(yù)應(yīng)力被測(cè)件完全相同、不受力且與預(yù)應(yīng)力被測(cè)件處于同一溫度環(huán)境的螺母。
[0011]預(yù)應(yīng)力被測(cè)件為壓力環(huán)時(shí)，拉索端部與螺桿相連，螺桿依次穿過錨墊板、壓力環(huán)、球面墊板后用螺母固定。拉索所受拉力與螺桿所受拉力大小相等，螺桿拉力使壓力環(huán)受壓，且壓力環(huán)所受壓力與螺桿所受拉力大小相等，也即拉索拉力。用上述方法制作預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器和溫度補(bǔ)償傳感器，預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器中的預(yù)應(yīng)力被測(cè)件錨墊板和球面墊板之間的壓力環(huán)，溫度補(bǔ)償傳感器中的溫度補(bǔ)償被測(cè)件為與預(yù)應(yīng)力被測(cè)件完全相同、不受力且與預(yù)應(yīng)力被測(cè)件處于同一溫度環(huán)境的壓力環(huán)。
[0012]本實(shí)用新型的效果和益處是，本實(shí)用新型采用超高耐久性的光導(dǎo)纖維作為傳感材料，提出采用光纖線圈白光干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)拉索預(yù)應(yīng)力的監(jiān)測(cè)。通過纏繞在另一個(gè)與預(yù)應(yīng)力被測(cè)件同等規(guī)格、不受力且與預(yù)應(yīng)力被測(cè)件處于同一溫度環(huán)境的溫度補(bǔ)償被測(cè)件上的光纖線圈來進(jìn)行環(huán)境溫度補(bǔ)償。由于光導(dǎo)纖維二氧化硅材料的超高耐久性，使得該傳感器具有突出的高耐久性特點(diǎn)，結(jié)合光纖信號(hào)采集設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)拉索預(yù)應(yīng)力的長期、實(shí)時(shí)、定量的監(jiān)測(cè)。由于本實(shí)用新型的傳感元件采用普通的單模通訊光纖，使得其成本很低，這是本實(shí)用新型的另一個(gè)突出特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1光纖監(jiān)測(cè)組件示意圖。
[0014]圖2錨板工作示意圖。
[0015]圖3錨板類錨具拉索監(jiān)測(cè)模塊示意圖。
[0016]圖4錨板類錨具拉索監(jiān)測(cè)模塊A-A剖面圖。
[0017]圖5螺母工作示意圖。
[0018]圖6螺母類錨具拉索監(jiān)測(cè)模塊示意圖。
[0019]圖7螺母類錨具拉索監(jiān)測(cè)模塊B-B剖面圖。
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