一种光栅智慧预应力钢绞线及其制作方法

本发明涉及一种预应力钢绞线及其制作方法，特别是一种光栅智慧预应力钢绞线及其制作方法。

背景技术：

1、预应力钢绞线作为斜拉桥、悬索桥、拱桥等桥系或其他建筑物的重要承载构件之一，其健康状态对整个建筑物服役起到关键性作用。目前用于预应力钢绞线健康状态的检测手段存在各种不足，如精度低、可操作性差、受外界环境影响大、稳定性差、耐久性差、不能实时监控其预应力钢绞线的变化状态等缺点。而采用光纤光栅传感器对预应力钢绞线进行检测，则能较好的解决可操作性差、不能实时监控预应力钢绞线的变化状态等不足。但是仍存以在下问题：

2、授权公告号为cn213927094 u的实用新型专利公开了一种用于建筑预应力混凝土结构的缓粘结智慧钢绞线，该钢绞线是在中心丝进行开凹槽，在凹槽内粘贴光纤光栅传感器，由于光纤比较柔软易折，抗剪性能差，将其直接粘贴在凹槽内，容易受折损坏。

3、申请公布号为cn104196258a的发明专利申请公开了一种基于光纤光栅传感技术的后张预应力智能加固体系，该体系存在以下不足：该体系的智能钢绞线中心丝为含光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强复合传感筋，其强度低，而且其柔性大，传递性差，从而导致测量精度低。

4、申请公布号为cn106353016a的发明专利申请公开了一种含光纤光栅传感器的智能钢绞线的制作方法，该技术存在以下不足：该钢绞线是将光纤、塑料松套管与填充物一起埋入第一金属管内，得到金属管中心丝，用金属管中心丝替换钢绞线的原中心丝，强度降低。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种光栅智慧预应力钢绞线及其制作方法，以解决现有技术存在的容易受折损坏、强度低、测量精度低的不足之处。

2、解决上述技术问题的技术方案是：一种光栅智慧预应力钢绞线，包括中心丝、边丝、光纤传感器，所述的中心丝沿轴向开有通长的凹槽，所述的光纤传感器嵌入该凹槽内；所述的光纤传感器包括外套管、位于外套管内的温度补偿光纤光栅传感器、光纤光栅传感器、光纤导线；所述的温度补偿光纤光栅传感器、光纤光栅传感器串联在光纤导线上，在外套管与光纤导线或温度补偿光纤光栅传感器或光纤光栅传感器之间的空隙中灌注有填充物，还在外套管与中心丝之间的空隙采用铸工胶粘贴。

3、本发明的进一步技术方案是：在外露于中心丝两端的外套管外表面上设有钢丝铠装层，并在钢丝铠装层外还套装有热缩管，该热缩管通过加热收缩与钢丝铠装层、外套管紧密粘贴在一起。

4、本发明的进一步技术方案是：所述的温度补偿光纤光栅传感器、光纤光栅传感器有1～9组，该1～9组温度补偿光纤光栅传感器、光纤光栅传感器依次串联在光纤导线上。

5、本发明的进一步技术方案是：所述外套管由外直径为0.5mm～1mm、内直径为0.3mm～0.8mm的不锈钢金属管制成。

6、本发明的进一步技术方案是：所述的填充物为胶水。

7、本发明的另一技术方案是，一种光栅智慧预应力钢绞线的制作方法，该方法是所述一种光栅智慧预应力钢绞线的制作方法，该方法包括如下步骤：

8、s1.制作光纤传感器

9、采用拖拉法将串联在光纤导线上的温度补偿光纤光栅传感器、光纤光栅传感器埋入外套管内，然后将填充物灌注到外套管内，制得光纤传感器；

10、s2.制作光栅智慧预应力钢绞线

11、将预应力钢绞线打散，取中心丝并进行开槽处理，将光纤传感器布置到中心丝的凹槽内，并将两端的外套管露出来2～3mm，在中心丝和外套管间的空隙采用铸工胶粘贴，待铸工胶完全固结后，将所得到的中心丝与边丝重新扭绞成钢绞线，即可制成光栅智慧预应力钢绞线。

12、本发明的进一步技术方案是：所述的步骤s1包括以下具体内容：

13、s11. 先将温度补偿光纤光栅传感器、光纤光栅传感器分别串联在光纤导线上；

14、s12. 使用拖拉法将温度补偿光纤光栅传感器先拖入外套管内；

15、s13. 将光纤导线以及光纤光栅传感器浸入胶水，然后取出烘干，再使用拖拉法将光纤导线、光纤光栅传感器平行埋入外套管内；

16、s14. 最后将填充物灌注到外套管内，制得光纤传感器。

17、本发明的进一步技术方案是：在步骤s2之后还有步骤：

18、s3.铠装外露外套管

19、在外露于中心丝两端的外套管外表面上用钢丝螺旋绕制形成钢丝铠装层，然后将热缩管套装在钢丝铠装层外，通过加热使热缩管收缩与钢丝铠装层、外套管紧密粘贴在一起。

20、由于采用上述结构，本发明之一种光栅智慧预应力钢绞线及其制作方法与现有技术相比，具有以下有益效果：

21、1. 可避免光纤受折损坏

22、本发明的光纤传感器包括外套管、位于外套管内的温度补偿光纤光栅传感器、光纤光栅传感器、光纤导线；所述的温度补偿光纤光栅传感器、光纤光栅传感器串联在光纤导线上，在外套管与光纤导线或温度补偿光纤光栅传感器或光纤光栅传感器之间的空隙中灌注有填充物。由于本发明在光纤导线外套有外套管，可以保护光纤光栅传感器不易受折损坏、不受外界环境影响、增大光纤光栅传感器抗剪性能。

23、2. 可延长传感器的使用寿命

24、由于本发明在光纤导线外套有外套管，可以保护光纤光栅传感器不受折损坏。

25、此外，本发明还在光纤光栅传感器引出的光纤导线设置了钢丝铠装层和热缩管保护，从而可进一步延长外套管内部的光纤光栅传感器、温度补偿光纤光栅传感器的使用寿命。

26、3.强度高

27、本发明包括中心丝、边丝、光纤传感器，其中，中心丝、边丝均为强度为1470 ~1960mpa的高强度钢丝；在中心丝沿轴向开有通长的凹槽，所述的光纤传感器嵌入该凹槽内，并通过胶粘剂与光纤传感器粘结在一起。因此，相对于现有技术中采用其他材料制成的中心丝，本发明制得的钢绞线强度较高。

28、另外，本发明的光纤传感器包括外套管、温度补偿光纤光栅传感器、光纤光栅传感器、光纤导线，并在外套管与光纤导线或温度补偿光纤光栅传感器或光纤光栅传感器之间的空隙中灌注有密实的填充物；通过填充物使外套管与光纤导线、温度补偿光纤光栅传感器、光纤光栅传感器固结为一体；而本发明还在中心丝和的外套管之间还采用粘贴，使中心丝与光纤传感器固结为一体。因此，本发明的光纤传感器强度也较高，不易受折损坏。

29、4. 测量精度高

30、光纤传感器采集获得的信息对预应力钢绞线构件的施工和服役起到关键性作用；本发明的光纤传感器包括外套管、位于外套管内的温度补偿光纤光栅传感器、光纤光栅传感器、光纤导线，并在外套管与光纤导线或温度补偿光纤光栅传感器或光纤光栅传感器之间的空隙中灌注有填充物。通过填充物使外套管与光纤导线、温度补偿光纤光栅传感器、光纤光栅传感器固结为一体；而本发明还在中心丝和光纤传感器的外套管之间还采用铸工胶粘贴，使中心丝与光纤传感器固结为一体；从而可使光纤传感器与中心丝协同变形、共同受力，能大幅度提高测量精度；而且本发明不仅能够直接获得预应力钢绞线的应变、索力和测量摩阻力，更能够最直接获得预应力钢绞线内部的温度，尤其是在恶劣环境下更能体现光栅智慧预应力钢绞线的优势。

31、5. 协调受力变形，不易发生脱丝现象

32、本发明在光纤导线外套装有外套管，该外套管由不锈钢金属管制成，其力学性能良好，生产简单，屈服性较好，有更好的抗剪性能，且弹性模量和热膨胀系数均与钢绞线差异小，可在使用中协调受力变形，不易发生脱丝现象。

33、6. 可实现预应力钢绞线监测的智能化、智慧化

34、本发明能保证光纤光栅传感器实时远程监控预应力钢绞线的索力、应变和温度，可实现预应力钢绞线监测的智能化、智慧化，便于掌握预应力钢绞线构件在施工和服役期间的受力状况。

35、7. 抗电磁干扰、电绝缘性能好、传输容量大、耐腐蚀、稳定性强

36、本发明采用的温度补偿光纤光栅传感器和光纤光栅传感器为通过外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取预应力钢绞线信息，实现对温度、应变的直接测量，具有抗电磁干扰、电绝缘性能好、传输容量大、耐腐蚀、稳定性强等诸多优点。

37、下面，结合附图和实施例对本发明之一种光栅智慧预应力钢绞线及其制作方法的技术特征作进一步的说明。