一种点式布置光纤光栅智能钢绞线及制备方法与流程

本发明涉及钢绞线的预应力工程应用技术领域，具体涉及一种具有钢绞线应力监测功能的技术。

背景技术：

钢绞线作为一种高强度预应力材料，广泛应用于桥梁拉索、预应力混凝土构件、岩土锚索等工程结构中，是关键性的受力构件。钢绞线长期使用在高应力状态，其受力状态的正常与否时刻关系到工程结构的使用安全，所以对钢绞线的受力使用状态进行长期实时监测，通过监测数据可掌握钢绞线的受力状态是否安全，起到预先警示作用，确保工程结构的使用安全。

授权公告号为cn101210983b，名称为“光纤光栅智能钢绞线及其制作方法”发明专利，将钢绞线的中心丝替换为纤维增强光纤复合筋，该纤维增强光纤复合筋中设置有光栅(fbg)，复合筋中的传输光纤可从钢绞线端部引出，再运用光学仪器解调反射波长信号，可以达到监测钢绞线受力状态的目的。

授权公告号为cn101435779b，名称为“基于光纤布里渊传感的智能钢绞线及其制备与全尺度监测方法”发明专利，将钢绞线的中心丝替换为纤维增强光纤复合筋，传输光纤从钢绞线的两端引出，采用基于布里渊光纤测试技术，实现分布式应变测量，达到监测钢绞线受力状态的目的。

前述的现有技术均采用替换钢绞线中心丝方式，以达到设置纤维增强光纤复合筋的目的，但存在以下不足：1)组成智能钢绞线的外层钢丝和中心丝(纤维增强光纤复合筋)为非同质材料，其变形不谐调，削弱了钢绞线的受力性能；2)在实际应用中，需要将原钢绞线的中心钢丝抽除，替之以设置有光纤的纤维增强筋，故其制作的材料、加工成本高，且工艺环节多，光纤成活率不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提出一种点式布置的光纤光栅智能钢绞线及制备方法，无需抽出钢绞线的原中心钢丝并替换为光纤和纤维增强复合筋，确保钢绞线的受力性能，降低制作成本，简化工艺环节，同时保证光纤的使用寿命。

本发明的目的是这样实现的：一种点式布置的光纤光栅智能钢绞线，包含有中心丝和围绕中心丝缠绕的外层钢丝，外层钢丝的外周面上设置有涂覆层，在钢绞线的长度范围内，在外层相邻钢丝之间的凹部，至少有一处设置有一段光纤，所述光纤埋设于涂覆层内，所述光纤上刻有至少一个光栅。

优选地，所述光纤在钢绞线的长度方向上多点式布置，数量为1～m(m≤1000)，所述的每一段光纤上刻有至少一个光栅，实现对钢绞线的多点应力监测。

优选地，利用钢绞线外层相邻钢丝的n个凹部，可设置1～n(n＝外层钢丝根数)段光纤，所述的每一段光纤上刻有至少一个光栅。

本发明提供一种点式布置的光纤光栅智能钢绞线的制备方法，其中方法一包括如下步骤：

步骤1：在一定长度的光纤段上刻制光栅，且至少刻制一个光栅；

步骤2：将钢绞线的外层钢丝之间凹部的涂覆层上加工出凹槽，所述凹槽深度和宽度能足以容纳所述光纤段的直径；在钢绞线长度范围内的涂覆层上，可设置1～m(m≤1000)个凹槽。

步骤3：将所述光纤段嵌入所述凹槽内，并用胶粘剂或用钢绞线涂覆层的同种材料将光纤段粘贴封装，所述光纤的一端或两端外露，与传输光纤连接。

本发明提供一种点式布置的光纤光栅智能钢绞线的制备方法，其中方法二包括如下步骤：

步骤1：在一定长度的光纤段上刻制光栅，且至少刻制一个光栅；

步骤2：将所述光纤段用胶粘剂或用钢绞线涂覆层的同种材料粘贴于钢绞线外层钢丝之间的凹部，所述光纤的一端或两端外露，与传输光纤连接。

步骤3：重复步骤2，在钢绞线长度范围内的涂覆层上，可设置1～m(m≤1000)根光纤段。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)由于不改变原有钢绞线结构以及中心丝材质，从而使钢绞线保持了原有的力学性能；

(2)由于无需将光纤与纤维材料结合制作成复合筋条，使制作成本大为节约；

(3)由于光纤埋设于钢绞线外周的涂覆层内，能确保光纤在使用时不受损坏。

(4)由于光纤埋设于钢绞线的外侧，可根据结构监测需要，可在任意长度上选取设置光纤光栅的位置，并可多点设置，实现按需设置，按需监测，更为便利。

附图说明

图1为一种点式布置的光纤光栅智能钢绞线的立体图。

图2为一种点式布置的光纤光栅智能钢绞线的横断面结构示意图。

图3为设置有多根光纤的智能钢绞线的横断面结构示意图。

图4为在钢绞线长度上多点式布置的光纤光栅智能钢绞线结构示意图。

图5为光纤设置在涂覆层凹槽内的结构示意图。

其中：

钢绞线1

光纤2

光纤2的外露段21、22、23、24、25

钢绞线组成钢丝3，包括中心丝和外层钢丝

钢绞线涂覆层4

钢绞线外层钢丝之间的凹部5

胶粘剂6

涂覆层凹槽7。

具体实施方式

实施例一：一种点式布置的光纤光栅智能钢绞线，如图1～图2所示。一种点式布置的光纤光栅智能钢绞线1，由多根钢丝3扭绞成型构成，在钢绞线1的外周有涂覆层4(环氧树脂)，在所述钢绞线1的某一段处，在钢丝3之间凹部5的涂覆层4中设置有光纤2，所述光纤2上刻有至少一个光栅，所述光纤2的一端或两端外露形成外露段21，可与传输光纤连接。

实施例二：一种点式布置的光纤光栅智能钢绞线，如图3所示。在钢绞线1的涂覆层4中设置有多根光纤，利用钢绞线外层钢丝的n个凹部5，可设置1～n(n＝外层钢丝根数)段光纤2，所述的每段光纤2上至少刻制一个光栅，图3所示为设置了3段光纤2。

实施例三：一种点式布置的光纤光栅智能钢绞线，如图4所示。在钢绞线1的长度范围内，多处设置有光纤2，所述多处光纤2的一端或两端外露形成外露段21、22、23、24、25，可与传输光纤连接。

本实施例提供一种点式布置的光纤光栅智能钢绞线的制备方法。

实施例一、该方法包括以下步骤：

步骤1：在一定长度的光纤2上刻制光栅，且至少刻制一个光栅；

步骤2：将钢绞线1的外层钢丝3之间凹部5的涂覆层4上加工出凹槽7，所述凹槽7深度和宽度能足以容纳所述光纤2的直径即可。根据监测需要，可在钢绞线2长度范围内的涂覆层4上，设置1～m(m≤1000)个凹槽7。

步骤3：将所述光纤2嵌入所述凹槽7内，并用胶粘剂6或用钢绞线涂覆层4的同种材料将光纤2粘贴封装，所述光纤2的一端或两端外露形成外露段21，可与传输光纤连接。

实施例二、该方法包括以下步骤：

步骤1：在一定长度的光纤2上刻制光栅，且至少刻制一个光栅；

步骤2：将所述光纤2用胶粘剂6或用钢绞线涂覆层4的同种材料粘贴于钢绞线1外层钢丝3之间的凹部5，所述光纤2的一端或两端外露形成外露段21，与传输光纤连接。

步骤3：重复步骤2，在钢绞线1长度范围内的涂覆层4上，可设置1～m(m≤1000)根光纤2。

除上述实施例外，本发明所用的钢绞线可以采用外层钢丝和中心丝之间填充有防腐介质的钢绞线，如图3所示。本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。