一种基于锚头应变的拉索内力测量装置的制作方法

本实用新型涉及建筑施工技术领域，特别涉及一种基于锚头应变的拉索内力测量装置。

背景技术：

拉索是预应力空间结构、斜拉桥和悬索桥等预应力结构中的重要构件，拉索的内力是反映此类预应力结构状态的关键参数，因此，拉索的内力测量一直是工程领域中研究的热点和难点。

目前，已经研究出的拉索的内力测量方法有磁通量法、三点弯曲法、锚索计法、振动法和波动法等等，然而，上述内力测量方法均存在一定的局限性。如磁通量法的套筒型传感器需要在索体制作过程中预先安装在拉索上；三点弯曲法一般用于幕墙工程中小直径拉索的内力测量；锚索计法只适用于穿心式锚头拉索的内力测量，且费用较高；振动法和波动法受拉索边界条件、垂度、弯曲弹性模量的影响较大。可见，各种内力测量方法各有利弊，而能够通用且操作高效便捷的拉索内力测量装置并无相关文献记载。

技术实现要素：

针对现有拉索的内力测量方法适用范围有限且测量成本高，而缺少能够通用且操作高效便捷的拉索内力测量装置的问题。本实用新型的目的是提供一种基于锚头应变的拉索内力测量装置，能够安装于拉索的不同形式的锚头上，通过对拉索锚头处应变的感知来实现其内力测量。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于锚头应变的拉索内力测量装置，它包括：安装于拉索锚头的定位组件，及固定于所述定位组件上的光纤应变传感器和光纤温度传感器，所述光纤应变传感器和所述光纤温度传感器均与拉索的轴线平行，所述光纤温度传感器通过光缆与所述光纤应变传感器串接，所述光纤应变传感器和所述光纤温度传感器均与传感器接收器信号连接。

优选的，所述光纤应变传感器为光纤光栅应变传感器，所述光纤温度传感器为光纤光栅温度传感器。

优选的，所述定位组件包括并列且间隔设置的两个支座，每个所述支座包括螺栓连接的“凹”形定位基座及与其相配合的限位件，所述定位基座的槽口内设有一凹槽，两个所述定位基座的凹槽相对设置，所述光纤应变传感器的两端能够分别嵌设于两个所述定位基座的凹槽内，并由限位件卡扣锁紧固定。

优选的，所述限位件的底部设有一具有弧面的凸块，所述凸块的弧面、所述凹槽的弧面均与所述光纤应变传感器相配合。

优选的，所述定位组件还包括分别设置于两个所述定位基座上的一对卡扣件，所述光纤温度传感器的两端分别贯穿所述卡扣件，所述卡扣件螺栓连接在所述定位基座上。

优选的，所述定位基座焊接或粘结固定于所述拉索锚头。

本实用新型的效果在于：本实用新型的一种基于锚头应变的拉索内力测量装置，光纤应变传感器和光纤温度传感器通过定位组件固定于拉索锚头，且两者通过光缆串接，通过对拉索锚头处应变的感知来实现其内力测量；应变感知采用光纤型传感器，被测信号以光波为载体，灵敏度高，信息容量大，抗电磁干扰，环境适应能力强；而且，利用标定好的锚头应变与拉索内力之间的线性关系反推拉索内力，使得拉索内力测量精度更高；该拉索内力测量装置结构简单，拆装方便，能够安装于拉索的不同形式的锚头上，可适用于不同形式拉索的内力测量；另外，该拉索内力测量装置操作简易，提高了工作效率，降低了测量成本，可用于需要大规模索力测量的工程。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的基于锚头应变的拉索内力测量装置的结构示意图；图2为图1的侧视图；

图3为本实用新型一实施例的定位基座的示意图；

图4为本实用新型一实施例的限位件的示意图；

图5为本实用新型一实施例的卡扣件的示意图；

图6为本实用新型一实施例的拉索内力测量装置安装于拉索锚头的示意图；

图7为锚头应变与拉索内力的拟合曲线；

图8为锚头的加载曲线。

图中标号如下：

拉索1；拉索锚头1a；拉索内力测量装置10；定位基座11；凹槽11a；限位件12；凸块12a；卡扣件14；光纤应变传感器15；光纤温度传感器16；光缆17。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种基于锚头应变的拉索内力测量装置作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本实用新型技术方案的限制。

利用本实用新型的拉索内力测量装置10测量拉索内力的原理是，在拉索1服役受拉状态下，拉索锚头1a始终处于弹性状态，由拉索内力测量装置10测得拉索1受拉状态下拉索锚头1a上的真实应变值，再结合事先标定得到的应变与拉索内力的关系反推出拉索内力。下面结合图1至图6说明本实用新型的一种基于锚头应变的拉索内力测量装置10，它包括安装于拉索锚头1a的定位组件，及固定于定位组件上的光纤应变传感器15和光纤温度传感器16，光纤应变传感器15和光纤温度传感器16均与拉索1的轴线ax平行，拉索1服役受力后，拉索锚头1a处产生弹性变形，使得光纤应变传感器15的波长发生变化，光纤应变传感器15的波长变化即反映了应变或应力的大小，光纤温度传感器16通过光缆17与光纤应变传感器15串接，用于光纤应变传感器15的温度补偿，以保证测量的精度，上述光纤应变传感器15和光纤温度传感器16均与传感器接收器(图中未示出)信号连接。

本实用新型的一种基于锚头应变的拉索内力测量装置10，光纤应变传感器15和光纤温度传感器16通过定位组件固定于拉索锚头1a，且两者通过光缆17串接，通过对拉索锚头1a处应变的感知来实现其内力测量；应变感知采用光纤型传感器，被测信号以光波为载体，灵敏度高，信息容量大，抗电磁干扰，环境适应能力强；而且，利用标定好的锚头应变与拉索内力之间的线性关系反推拉索内力，使得拉索内力测量精度更高；该拉索内力测量装置10结构简单，拆装方便，能够安装于拉索1的不同形式的锚头上，可适用于不同形式拉索1的内力测量；另外，该拉索内力测量装置10操作简易，提高了工作效率，降低了测量成本，可用于需要大规模索力测量的工程。

更佳的，光纤应变传感器15和光纤温度传感器16优选光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器，应变感知采用光纤光栅型传感器，它是光纤型传感器的一种，数据传输为光信号，灵敏度更高，能有效屏蔽工程现场电、磁等信号影响，信号稳定性更强。

如图1至图4所示，定位组件包括并列且间隔设置的两个支座，每个支座包括螺栓连接的“凹”形定位基座11及与其相配合的限位件12，如图3所示，定位基座11的槽口内设有一凹槽11a，两个定位基座11的凹槽11a相对设置，光纤应变传感器15的两端能够分别嵌设于两个凹槽11a内，并由限位件12卡扣锁紧固定。光纤应变传感器15的两端嵌设于两个间隔设置的定位基座11的凹槽11a内，能够适应光纤应变传感器15的形变，“凹”形定位基座11及与其相配合的限位件12螺栓连接，从而将光纤应变传感器15牢固卡扣在定位组件内，结构稳定可靠，而且拆装方便。

如图4所示，限位件12的底部设有一具有弧面的凸块12a，该凸块12a的弧面及凹槽11a的弧面均与光纤应变传感器15相配合，凸块12a、凹槽11a与光纤应变传感器15的外表面紧密贴合，使得光纤应变传感器15两端能够牢固固定于定位组件，为后续拉索内力的准确测量提供保障。

如图1、图2及图5所示，定位组件还包括分别设置于两个定位基座11上的一对卡扣件14，光纤温度传感器16的两端分别贯穿卡扣件14，卡扣件14螺栓连接在定位基座11上，光纤温度传感器16的两端通过卡扣件14固定于两个支座上，使得其可以沿拉索1轴线ax方向自由伸缩。

本实施例中，如图5所示，上述卡扣件14可为中间部位隆起呈弧形，两侧为凸耳的“Ω”形结构，光纤温度传感器16的端部贯穿并卡扣于卡扣件14的隆起部，其两侧凸耳螺栓连接于定位基座11的顶端，将光纤温度传感器16可拆卸地固定于定位组件。

上述定位基座11能够焊接或粘结固定在拉索1的锚头上，安装方便，能够实现拉索内力测量装置10的快速定位。

下面结合图6说明本实用新型的一种基于锚头应变的拉索内力测量装置10的安装及使用方法，包括如下步骤：

S1：安装拉索内力测量装置10；如图6所示，两个定位基座11沿拉索1轴线ax方向设置并分别安装于拉索锚头1a的A、B位置，A、B间的距离由光纤应变传感器15的长度决定，将封装好的光纤应变传感器15两端水平扣置于两个定位基座11的凹槽11a内，由限位件12卡扣锁紧并螺栓连接，保证光纤应变传感器15的两端稳定固定在两个支座上，将封装好的光纤温度传感器16的两端分别放置于两个定位基座11上并由卡扣件14固定，将光纤应变传感器15与光纤温度传感器16通过光缆17进行串接，并使两者分别与传感器接收器通信连接；

S2：锚头应变与拉索内力关系的标定；如图7和图8所示，在制索张拉阶段，标定锚头应变与拉索内力之间的关系，由于锚头始终处于弹性，拉索内力测量装置10上的光纤光栅应变传感器波长λ_ε与拉索内力N之间呈线性关系，如公式一所示，

N＝k_Fλ_ε+c₀ (公式一)

式中k_F为N～λ_ε关系曲线的斜率，c₀为曲线的截距常数；

S3：零值测量；在拉索并未受力的时刻t₀，测量光纤应变传感器15与光纤温度传感器16的波长零值，记录t₀时刻光纤应变传感器15波长零值λ_ε(t₀)和光纤温度传感器16的波长零值λ_T(t₀)；

S4：内力计算；在拉索1受力的时刻t，测量光纤应变传感器15与光纤温度传感器16的波长数据，记录t时刻光纤应变传感器15与光纤温度传感器16的波长分别为λ_ε(t)和λ_T(t)，计算得出待测拉索在t时刻的内力，如公式二所示，

N(t)＝k_F{[λ_ε(t)-λ_ε(t₀)]-α[λ_T(t)-λ_T(t₀)]} (公式二)

式中α为温度补偿系数。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求范围。