一种接力式大应变监测用钢绞线及其制造、使用方法与流程

本发明涉及桥梁健康监测。更具体地说，本发明涉及一种接力式大应变监测用钢绞线及其制造、使用方法。

背景技术：

1、长期、可靠、精确的监测预应力钢绞线的沿程有效应力，将能最大限度避免因预应力问题带来的结构安全问题。体内预应力钢绞线作为一个隐蔽部件，由于材料特性、管道摩擦、拐点、灌浆不均等多种因素叠加会造成预应力水平降低和预应力分布不均匀，实际工程中难以通过常规监测手段对其沿程应力分布和变化进行有效测量。此外预应力钢绞线设计使用应力水平很高，一般在1400mpa左右，以标准抗拉强度1860mpa，φ15.2mm的低松弛高强度钢绞线为例，对应应变可达7000με以上，这对监测元件的性能也提出了很高的要求，当光纤光栅一直处于较大张拉应变状态下时，即使不超过其抗拉强度，也有发生静态疲劳断裂的危险。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

2、本发明还有一个目的是提供一种接力式大应变监测用钢绞线及其制造、使用方法，以解决现有技术对混凝土结构体内预应力钢绞线沿程大应变难监测的技术问题。

3、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，一方面，本发明提供了一种接力式大应变监测用钢绞线，由设置的中心丝和多个边丝绞制而成，中心丝包括异形钢丝，异形钢丝在外侧壁上向内开设有凹槽，凹槽与异形钢丝的中轴线平行且与异形钢丝等长设置，凹槽在异形钢丝上对称分布，两侧的凹槽内分别固定有光纤光栅应变传感光纤a和光纤光栅应变传感光纤b，其中光纤光栅应变传感光纤a与异形钢丝的松弛状态相同、光纤光栅应变传感光纤b处于压缩状态，异形钢丝外侧包覆设置有护套。

4、优选的是，所述钢绞线分段设置，对应每段所述钢绞线，所述光纤光栅应变传感光纤a的两端分别连接有光纤引线a，所述光纤光栅应变传感光纤b的两端分别连接有光纤引线b，位于同侧的光纤引线a和光纤引线b在穿出所述凹槽的一端共同套设有过渡保护管，过渡保护管与所述钢绞线的对应端锚固连接。

5、优选的是，所述中心丝与所述边丝的铰制节距为所述钢绞线公称直径的12～16倍。

6、优选的是，所述光纤光栅应变传感光纤a和所述光纤光栅应变传感光纤b上的光栅分别等间距布置，各个光栅反射率均相同且小于等于1％。

7、优选的是，所述边丝的直径不大于所述中心丝的直径。

8、另一方面，本发明提供了一种接力式大应变监测用钢绞线的制造方法，包括如下步骤：

9、s1、制作所述异形钢丝，在所述异形钢丝上对称开设所述凹槽；

10、s2、固定所述异形钢丝，确保对所述异形钢丝的张紧力不超过1000n，且其中一个所述凹槽位于顶部；

11、s3、于顶部的所述凹槽内固定埋入所述光纤光栅应变传感光纤a；

12、s4、旋转所述异形钢丝，将另一个所述凹槽置于顶部，然后对所述异形钢丝施加张紧力，保持张紧状态，将所述光纤光栅应变传感光纤b固定埋入对应的所述凹槽内；

13、s5、在所述异形钢丝上包覆设置所述护套，确保所述光纤光栅应变传感光纤a、所述光纤光栅应变传感光纤b的光栅连接稳定，得到所述中心丝，然后卸下张紧力取下所述中心丝；

14、s6、将多个所述边丝与步骤s5的所述中心丝铰制成所述钢绞线；

15、s7、在每段所述钢绞线的两端分别将所述光纤引线a与对应的所述光纤光栅应变传感光纤a连接、将所述光纤引线b与对应的所述光纤光栅应变传感光纤b连接，并安装所述过渡保护套，得到所述接力式大应变监测用钢绞线。

16、优选的是，在固定安装所述光纤光栅应变传感光纤a、所述光纤光栅应变传感光纤b时，使用粘接胶体依次涂覆在所述光纤光栅应变传感光纤a、所述光纤光栅应变传感光纤b上每个光栅的两端位于光纤0～5cm长度范围内，光栅位置不涂覆。

17、优选的是，在步骤s4中，施加的张紧力为该钢绞线设计使用荷载的30％～50％。

18、本发明还提供一种接力式大应变监测用钢绞线的使用方法，使用前，先将所述钢绞线与外部设置的解调设备通过光纤引线连接，然后对所述钢绞线整体施加拉力，在此状态下，利用所述光纤光栅应变传感光纤a进行前半段量程为0～4000με的应变监测，利用所述光纤光栅应变传感光纤b进行后半段量程为4000～8000με的应变监测，整体形成量程为0～8000με的应变监测。

19、本发明至少包括以下有益效果：

20、(1)本发明的分段接力式大应变监测用钢绞线结构基于弱光栅传感，可适用于土木工程各类型钢绞线构件大应变监测，通过在异形钢丝松弛状态和张紧状态对应凹槽内埋入对应光纤光栅应变传感光纤并涂胶和缠包护套固定，再与边丝铰制而形成的钢绞线，可实现自身全长范围内准分布大应变监测，解决了混凝土结构体内预应力钢绞线沿程大应变难监测的问题。

21、(2)本发明的基于弱光栅传感的分段接力式大应变监测用钢绞线结构自带光纤引线，便于与解调设备快速连接，使用方便快捷，易于推广应用。

22、(3)本发明的接力式大应变监测用钢绞线在使用时，光纤光栅应变传感光纤本身不受过大的应变，提高了光纤光栅应变传感光纤的耐用性，随着钢绞线内预应力的变化可依次通过光纤光栅应变传感光纤a、光纤光栅应变传感光纤b进行连续的应变监测，能够对钢绞线沿程应力分布和变化进行有效测量。

23、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.一种接力式大应变监测用钢绞线，其特征在于，由设置的中心丝和多个边丝绞制而成，中心丝包括异形钢丝，异形钢丝在外侧壁上向内开设有凹槽，凹槽与异形钢丝的中轴线平行且与异形钢丝等长设置，凹槽在异形钢丝上对称分布，两侧的凹槽内分别固定有光纤光栅应变传感光纤a和光纤光栅应变传感光纤b，其中光纤光栅应变传感光纤a与异形钢丝的松弛状态相同、光纤光栅应变传感光纤b处于压缩状态，异形钢丝外侧包覆设置有护套。

2.如权利要求1所述的接力式大应变监测用钢绞线，其特征在于，所述钢绞线分段设置，对应每段所述钢绞线，所述光纤光栅应变传感光纤a的两端分别连接有光纤引线a，所述光纤光栅应变传感光纤b的两端分别连接有光纤引线b，位于同侧的光纤引线a和光纤引线b在穿出所述凹槽的一端共同套设有过渡保护管，过渡保护管与所述钢绞线的对应端锚固连接。

3.如权利要求1所述的接力式大应变监测用钢绞线，其特征在于，所述中心丝与所述边丝的铰制节距为所述钢绞线公称直径的12～16倍。

4.如权利要求1所述的接力式大应变监测用钢绞线，其特征在于，所述光纤光栅应变传感光纤a和所述光纤光栅应变传感光纤b上的光栅分别等间距布置，各个光栅反射率均相同且小于等于1％。

5.如权利要求1所述的接力式大应变监测用钢绞线，其特征在于，所述边丝的直径不大于所述中心丝的直径。

6.如权利要求2所述的接力式大应变监测用钢绞线的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的接力式大应变监测用钢绞线的制造方法，其特征在于，在固定安装所述光纤光栅应变传感光纤a、所述光纤光栅应变传感光纤b时，使用粘接胶体依次涂覆在所述光纤光栅应变传感光纤a、所述光纤光栅应变传感光纤b上每个光栅的两端位于光纤0～5cm长度范围内，光栅位置不涂覆。

8.如权利要求7所述的接力式大应变监测用钢绞线的制造方法，其特征在于，在步骤s4中，施加的张紧力为该钢绞线设计使用荷载的30％～50％。

9.如权利要求6所述的接力式大应变监测用钢绞线的使用方法，其特征在于，使用前，先将所述钢绞线与外部设置的解调设备通过光纤引线连接，然后对所述钢绞线整体施加拉力，在此状态下，利用所述光纤光栅应变传感光纤a进行前半段量程为0～4000με的应变监测，利用所述光纤光栅应变传感光纤b进行后半段量程为4000～8000με的应变监测，整体形成量程为0～8000με的应变监测。

技术总结
本发明公开了一种接力式大应变监测用钢绞线及其制造、使用方法，适用于土木工程各类型钢绞线构件大应变监测，通过在异形钢丝松弛状态和张紧状态对应凹槽内埋入对应光纤光栅应变传感光纤并涂胶和缠包护套固定，再与边丝铰制而形成的钢绞线，可实现绞线自身全长范围内大应变准分布密集监测，各点应变监测范围高达8000με，解决了混凝土结构体内预应力钢绞线沿程大应变难监测的问题，此外，基于弱光栅传感的分段接力式大应变监测用钢绞线结构自带光纤引线，使用方便快捷，易于推广应用。

技术研发人员：游新鹏,杨建平,王蔚,张耀,彭成明,晏国泰,张成威,王涛,彭志辉,李冕
受保护的技术使用者：中交第二航务工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17