含碳纤维复合材料智能筋的主缆用索股及安装方法与流程

本发明涉及一种含碳纤维复合材料智能筋的主缆用索股及安装方法，主要用于悬索桥主缆。

背景技术：

主缆是悬索桥的主要承重构件，难以更换，被称为悬索桥的生命线，一般需要有100年以上的使用寿命，在服役过程中，主缆钢丝会受到海洋性气候、水分等腐蚀介质的影响而发生锈蚀，严重影响桥梁的安全性和耐久性。因此如何实现对主缆长期工作状态的实时监测，确保使用期内的安全，是现代桥梁缆索技术发展的关键。

由于主缆本身的几何线形构造特点，悬索桥主缆钢丝在不同部位的变形及应力并不相同，例如在鞍座及索夹处主缆钢丝存在弯曲及摩擦引起的应力。传统的应力检测手段，存在精度低、稳定性差、无法获得主缆不同部位的应力状态、不能实时在线监测。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提出一种含碳纤维复合材料智能筋的主缆用索股及安装方法，采用该索股的主缆可以实时监测主缆不同部位的变形及应力状态，为主缆在服役期健康状态提供科学数据，避免了风险。

本发明的目的是这样实现的：

一种含碳纤维复合材料智能筋的主缆用索股，包括一根或多根碳纤维复合材料智能筋与若干根钢丝，所述碳纤维复合材料智能筋包括光纤，光纤上设有若干光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器安装于主缆索股上的主索鞍、散索夹、索夹处、中跨中点及锚头点位置,索股表面通过缠包带包扎。

优选地，所述索股横截面为六边形，索股中碳纤维复合材料智能筋与钢丝根数之和为61根、91根、127根或169根。

本发明提供一种含碳纤维复合材料智能筋的主缆用索股的安装方法，首先计算悬索桥主缆用索股长度，找到关键部位在索股的位置，制作光纤，并根据关键部位的位置在光纤上布置光纤光栅传感器；然后将光纤两端套上塑料松管，通过拉挤成型工艺将含有光纤光栅传感器的光纤、碳纤维及环氧树脂制作成碳纤维复合材料智能筋；然后将碳纤维复合材料智能筋的两端从含有塑料松管的部位剥开，露出光纤，可采用不锈钢套管保护外露光纤；将一根或多根碳纤维复合材料智能筋与若干根钢丝组成索股，然后用高强度定型缠包带等间距地对成型后的索股进行定型包扎；索股两端配有锚具，碳纤维复合材料智能筋及钢丝在锚具中发散开来，用分丝板来定位；锚具中灌注环氧冷铸填料；光纤从索股两端的锚具尾部引出，通过导线连接到能检测光纤光栅变化的光时域反射仪上；在悬索桥主缆施工和服役期间，通过光时域反射仪监测碳纤维复合材料智能筋在主缆不同关键部位的变形和应力状态，根据相邻钢丝与碳纤维复合材料智能筋变形一致的原则，获得钢丝在主缆不同关键部位的变形和应力状态。

优选地，所述光纤光栅传感器具有高微应变量及耐高温特性，微应变量达8000με～16000με，耐温达180℃以上。

优选地，所述用于制作碳纤维复合材料智能筋的环氧树脂采用耐高温环氧树脂，要求环氧树脂的玻璃化温度为220℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明一种含碳纤维复合材料智能筋的主缆用索股及制作方法将含光纤光栅传感器的光纤、碳纤维复合材料筋与悬索桥主缆钢丝索股有机结合，较好地解决了将光纤光栅传感器应用于悬索桥主缆钢丝索股的保护问题以及布设工艺的问题，能有效地保护光纤及光纤光栅传感器，延长使用寿命。

2.本发明制作的索股用于悬索桥主缆，使悬索桥主缆具备了自感知特性，其传感特性具有光纤光栅的所有优点，可以实时监测主缆在施工和服役期间不同关键部位的变形与应力状态，提高悬索桥主缆使用安全性。

3、本发明有助于实现整个悬索桥主缆的实时监测和智能化管理，且制作方法简单、合理，适合大面积推广。

附图说明

图1为本发明选取悬索桥主缆关键部位结构示意图。

图2为本发明采用的碳纤维复合材料智能筋结构示意图。

图3为本发明索股中碳纤维复合材料智能筋和钢丝的设置结构示意图。

图4为悬索桥用智能主缆的结构示意图。

其中：

碳纤维复合材料智能筋1

光纤2

光纤光栅传感器3

塑料松管4

不锈钢套管5

钢丝6

索股7

锚具8

连接筒9

缠包带10

分丝板11

环氧冷铸填料12

环氧树脂密封料13

导线14

光时域反射仪15

主索鞍16

散索鞍17

中跨中点18

锚头点19

索夹处20

具体实施方式

参见图1-2，先根据目标悬索桥工程项目计算悬索桥主缆用索股长度，并找到主缆索股上主索鞍、散索夹、索夹处、中跨中点及锚头点等关键部位的位置，制作含光纤光栅传感器3的光纤2，并根据上述关键部位的位置在光纤2上布置光纤光栅传感器3，所述光纤光栅传感器3具有高微应变量及耐高温特性，微应变量达8000με～16000με，耐温达180℃以上；将光纤2两端套上1米至2米的塑料松管4，通过拉挤成型工艺将含有光纤光栅传感器3的光纤2、碳纤维及环氧树脂制作成碳纤维复合材料智能筋1，光纤2位于碳纤维复合材料智能筋1内部，成型环氧树脂采用耐高温环氧树脂，要求环氧树脂的玻璃化温度为220℃，将碳纤维复合材料智能筋1的两端从含有塑料松管4的部位剥开，露出光纤2，可采用不锈钢套管5保护外露光纤2。

参见图3-4，将一根或多根碳纤维复合材料智能筋1与若干根钢丝6组成索股7，索股7横截面形状为六边形，索股7中碳纤维复合材料智能筋1与钢丝6根数之和为61根、91根、127根或169根，碳纤维复合材料智能筋1在索股7中设置的数量及位置，可根据实际监测需求而定；然后用高强度定型缠包带10等间距地对成型后的索股7进行定型包扎以保证在牵引过程中不散丝；索股7两端配有锚具8及连接筒9，碳纤维复合材料智能筋1及钢丝6在锚具8中发散开来，用分丝板11来定位；锚具8中灌注环氧冷铸填料12，用于锚固索股7，连接筒9中灌注常温固化环氧树脂密封料13；含光纤光栅传感器3的光纤2从两端锚具8尾部引出，可通过导线14连接到能检测光纤光栅变化的光时域反射仪15上。

在悬索桥主缆施工和服役期间，可通过光时域反射仪15监测碳纤维复合材料智能筋1在主缆不同关键部位的变形和应力状态，根据相邻钢丝6与碳纤维复合材料智能筋1变形一致的原则，可以获得钢丝6在主缆不同关键部位的变形和应力状态。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种含碳纤维复合材料智能筋的主缆用索股及安装方法，包括一根或多根碳纤维复合材料智能筋与若干根钢丝，索股两端套有连接筒，连接筒外端设有锚具，锚具与索股间通过灌注环氧冷铸填料锚固连接；首先计算主缆用索股长度，制作含光纤光栅传感器的光纤，将含有光纤光栅传感器的光纤、碳纤维及环氧树脂制作成碳纤维复合材料智能筋，将一根或多根碳纤维复合材料智能筋与若干根钢丝组成索股，在索股两端配置锚具及连接筒，光纤从索股两端的锚具尾部引出，通过导线连接到能检测光纤光栅变化的光时域反射仪上。采用该索股的主缆可以实时监测主缆不同部位的变形及应力状态，提高悬索桥主缆使用安全性。

技术研发人员：朱元林;刘礼华;赵军;张春雷;周祝兵;周佳琪;黄盛彬
受保护的技术使用者：法尔胜泓昇集团有限公司
技术研发日：2018.08.28
技术公布日：2019.01.11