一種平行鋼絲橋梁智能懸索的制作方法

本發明涉及一種懸索結構，尤其是一種平行鋼絲橋梁智能懸索。

背景技術：

懸索，在兩個懸掛點之間承受載荷的纜索。懸索中各點只能承受張力，且各點的張力都是沿該點懸索的切線方向。

由于懸索的優點是其中各點只承受張力而無彎矩，受力分析比較簡單，因而設計簡便可靠且能充分發揮鋼材性能，以達到節省材料、減輕重量的經濟效果。索系懸掛結構在現代已較廣泛地被采用于某些大跨度的建筑結構中。例如懸索橋。

懸索橋，又名吊橋(suspensionbridge)指的是以通過索塔懸掛并錨固于兩岸(或橋兩端)的懸索作為上部結構主要承重構件的橋梁。其懸索幾何形狀由力的平衡條件決定，一般接近拋物線。懸索橋的主要承重構件是懸索，它主要承受拉力，因此對懸索的監控是橋梁施工和維護過程中保持其使用壽命和使用安全的重要工作。

懸索的索體是采用多跟鋼絲相互平行捆扎并包覆外套而成，其實際受力是內部的鋼絲來實現。目前，常用的監測方法有：壓力環監測方法、磁通量傳感器監測方法、液壓傳感器監測方法。但是對拉索系統的受力監測是一項需長期測量并實時監測的工作，需要考慮監測器件的耐久性、存活率和穩定性。現有的監測器件大都屬于錨具外加件，成本較高，安裝后體積增大。

還有一種監測方法是在索體內編入光纖傳感器，將光纖傳感器編入于鋼絲之間的間隙處，但是這種方式在使用的時候，光纖容易被鋼絞線或鋼絲擠破，影響光纖的工作性能。

隨著技術的發展，鋼絲外表加工凹槽，將光纖光柵粘貼到凹槽壁，然后填充保護層。這種方式雖然能提高光纖光柵在鋼絲中的布設成活率及使用壽命，但是，索體的受力過程中會吸收鋼絲的應變、降低應變測量的靈敏度。因此對光纖光柵的安裝提出了新的要求。

而且光纖光柵的測量應變最大值遠達不到鋼絲屈服應變值，前期能獲得較佳的監測結果，但是無法實現對鋼絲服役期全壽命過程的監測，因此又對光纖光柵與鋼絲之間的結合提出新的要求。

懸索雖然承受拉力，但是由于其作用的形狀呈拋物線，因此在豎向上會產生懸垂的特性，現有的監測方法無法對懸索的懸垂進行監測。

技術實現要素：

本發明解決了現有技術中懸索的索體無法做到實時監測的缺陷，提供一種平行鋼絲橋梁智能懸索，鋼絲內設置凹槽，凹槽內設置光纖光柵，實現斜拉索實時監測，同時還能對光纖光柵進行保護。

本發明還解決了現有的監測方法不能對懸索的懸垂作出監測的缺陷，提供一種平行鋼絲橋梁智能懸索，通過懸索內部的層級監測布置方式，經過不同層級的監測結果比較，從而對懸索的懸垂方向上的力的變化作出監測。

本發明還解決了現有的光纖光柵粘貼到凹槽內壁，索體的受力過程中會降低應變測量的靈敏度的缺陷，提供一種平行鋼絲橋梁智能懸索，光纖光柵與凹槽內壁隔離不直接粘貼，進而降低鋼絲受力過程中對應變測量靈敏度的影響。

本發明還解決了現有的光纖光柵粘貼到凹槽內壁直接填充環氧樹脂膠進行保護，環氧樹脂膠的彈性模量較低，使得光纖光柵與鋼絲之間會產生拉伸位移，保護力度較低的缺陷，提供一種平行鋼絲橋梁智能懸索，環氧樹脂膠填充時對鋼絲進行預拉伸，鋼絲自然回縮的時候對環氧樹脂形成預壓，擠出環氧樹脂膠內部的氣泡，同時提高環氧樹脂膠的彈性模量，進而提高對光纖光柵的封裝保護，也相應提高了光纖光柵的極限抗拉能力。

本發明還解決了現有的光纖光柵無法對溫度變化做出反應，測量結構無法根據溫度變化進行修正的缺陷，提供一種平行鋼絲橋梁智能懸索，利用共線技術，光纖光柵與溫度傳感器并行同時設置與凹槽內，進行溫度補償。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種平行鋼絲橋梁智能懸索，包括由多股鋼絲平行設置而成的索體，索體內至少有兩股鋼絲的外周上設置有凹槽，并在凹槽內封閉式設置有光纖光柵應變傳感器，設置光纖光柵應變傳感器的鋼絲在索體內呈豎向方向上分層布置。凹槽內封閉式埋入光纖光柵應變傳感器，避免光纖光柵應變傳感器暴露在鋼絲外而出現擠破，能對光纖光柵進行保護，光纖光柵應變傳感器即可對索體實時進行監測；設置光纖光柵應變傳感器的鋼絲在索體內豎向分層布置，主要是由于索體施工后呈拋物線形狀時，上方和下方的鋼絲由于彎曲的弧度不同，會產生不同的拉力，也就是懸垂產生的拉力差異，分層布置后，處于上層的光纖光柵應變傳感器的監測結果與處于下層的光纖光柵應變傳感器的監測結果的差異可以計算出懸垂的影響，進而監測出懸索的實際受力情況。

作為優選，同一鋼絲上的凹槽具有分布在鋼絲外表且間隔180°的上直線段和下直線段，上直線段處于索體安裝后朝上的位置，下直線段處于索體安裝后朝下的位置，上直線段和下直線段在鋼絲軸向上相錯開。上直線段和下直線段按照索體安裝后凹槽在鋼絲表面的位置，同一鋼絲上的上直線段和下直線段在軸向上間隔布置，沿著鋼絲軸向分布一段上直線段、一段下直線段，再一段上直線段和一段下直線段，如此循環。索體安裝后呈拋物線彎曲形狀，相應的鋼絲也呈拋物線，如果上直線段和下直線段是相互連通的、使用同一根光纖光柵應變傳感器，則上直線段上的光柵和下直線段上的光柵就會產生一個綜合效果，形成鋼絲的應變；如果上直線段和下直線段相分離，所有上直線段連通使用一根光纖光柵應變傳感器，所有下直線段連通使用一根光纖光柵應變傳感器，則同一鋼絲具有兩個應變監測結果，兩個結果的差異就可以得出該鋼絲受到的懸垂影響。

作為優選，上直線段與下直線段之間通過半螺旋段連接，相鄰兩半螺旋段正好圍合鋼絲的外表。

作為優選，上直線段與半螺旋段之間、下直線段與半螺旋段之間為圓角過渡，夾角為90°至180°。

作為優選，光纖光柵應變傳感器包括內部的光纖光柵及外表的保護層，上直線段和下直線段上均具有光柵分布。

作為優選，光纖光柵應變傳感器與凹槽內壁之間由環氧樹脂膠隔離，凹槽由環氧樹脂膠填充并固定保護光纖光柵傳感器。

作為優選，環氧樹脂膠分兩次填充，兩次填充均是鋼絲在預拉下進行；兩次填充中，第一次以刷膠的方式涂覆到凹槽內壁，第二次是放置光纖光柵應變傳感器后以填充的方式注入到凹槽內；環氧樹脂膠在凹槽的口部位置呈凹弧狀。兩次填充環氧樹脂膠即可對凹槽內壁做預處理，避免光纖光柵應變傳感器直接與凹槽內壁相接觸；填充在鋼絲預拉下進行，這樣填充后鋼絲回縮，使得環氧樹脂膠產生預壓效果，預壓后能擠出環氧樹脂膠內部的氣泡，從而提高環氧樹脂膠的彈性模量，進而提高對光纖光柵的封裝保護，也相應提高了光纖光柵的極限抗拉能力，使得工作時，光纖光柵應變傳感器不受力或者受微小應力，避免產生疲勞破壞，提高疲勞壽命，實現對索體施工和服役全生命周期的監測；凹弧相對鋼絲外周屬于凹陷，這樣外圍鋼絲就不會對凹槽內的環氧樹脂膠產生擠壓。

作為優選，凹槽的橫截面呈矩形，凹槽兩側內壁間斷設置有凸起的夾部；夾部的截面呈矩形，夾部的高度為凹槽深度的1/2。夾部的兩端形成臺階，臺階能對環氧樹脂膠的軸向起到阻擋作用，減小環氧樹脂膠軸線產生的位移對光纖光柵應變傳感器的影響。

作為優選，凹槽兩側內壁的夾部相對設置，兩相對的夾部之間留出間隙，間隙的寬度大于光纖光柵應變傳感器的外部厚度，凹槽同一側內壁上的夾部之間間隔距離相等。

作為優選，索體內的鋼絲至少分成三個層級，分別為上層、中層和下層，每一層級至少有一根鋼絲外表封裝有光纖光柵應變觸感器。

作為優選，光纖光柵應變傳感器內部共線并排平行設置有溫度傳感器。光纖光柵應變傳感器共線溫度傳感器后，在索體使用環境溫度變化較大時，能進行溫度補償，解決應力和溫度交叉敏感問題。尤其是索體內部處于上層的鋼絲內的光纖光柵應變傳感器內部設置溫度傳感器。

本發明的有益效果是：凹槽內封閉式埋入光纖光柵應變傳感器，避免光纖光柵應變傳感器暴露在鋼絲外而出現擠破，能對光纖光柵進行保護，光纖光柵應變傳感器即可對索體實時進行監測；設置光纖光柵應變傳感器的鋼絲在索體內豎向分層布置，主要是由于索體施工后呈拋物線形狀時，上方和下方的鋼絲由于彎曲的弧度不同，會產生不同的拉力，也就是懸垂產生的拉力差異，分層布置后，處于上層的光纖光柵應變傳感器的監測結果與處于下層的光纖光柵應變傳感器的監測結果的差異可以計算出懸垂的影響，進而監測出懸索的實際受力情況。

附圖說明

圖1是本發明一種結構示意圖；

圖2是本發明圖1中i的局部放大圖；

圖3是本發明一種鋼絲結構示意圖；

圖4是本發明鋼絲第二種局部放大示意圖；

圖中：1、外套，2、膠物，3、鋼絲，4、凹槽，5、夾部，6、光纖光柵應變傳感器，7、光纖光柵，8、環氧樹脂膠，9、上直線段，10、半螺旋段，11、下直線段，12、溫度傳感器。

具體實施方式

下面通過具體實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。

實施例1：一種平行鋼絲橋梁智能懸索（參見圖1圖2圖3），包括由多股鋼絲3平行設置而成的索體，鋼絲外部包覆有外套1，外套內填充有膠物2。鋼絲在索體內按照索體安裝后的位置分為多層結構，本實施例中分為13層，其中第一層、第三層、第五層、第七層、第九層、第十一層和第十三層上均有鋼絲的外表封閉式埋入光纖光柵應變傳感器6，凹槽由環氧樹脂膠8填充并封閉，光纖光柵應變傳感器在索體豎向方向形成分層布置。

埋入光纖光柵應變傳感器的鋼絲的外周上設置有凹槽4，凹槽的橫截面呈矩形，凹槽兩側內壁間斷設置有凸起的夾部5，夾部的截面呈矩形，夾部的高度為凹槽深度的1/2，夾部的兩端與凹槽內壁相垂直形成阻擋肩部，凹槽兩側內壁的夾部相對設置，兩相對的夾部之間留出間隙，間隙的寬度大于光纖光柵應變傳感器的外部厚度，凹槽同一側內壁上的夾部之間間隔距離相等。同一鋼絲上的凹槽具有分布在鋼絲外表且間隔180°的上直線段9和下直線段11，上直線段處于索體安裝后朝上的位置，下直線段處于索體安裝后朝下的位置。上直線段與下直線段之間通過半螺旋段10連接，相鄰兩半螺旋段正好圍合鋼絲的外表。上直線段與半螺旋段之間、下直線段與半螺旋段之間為圓角過渡，夾角為122°。上直線段和下直線段內均設置有夾部。光纖光柵應變傳感器包括內部的光纖光柵7及外表的保護層，上直線段和下直線段上均具有光柵分布。

光纖光柵應變傳感器與凹槽內壁之間由環氧樹脂膠隔離，凹槽由環氧樹脂膠填充并固定保護光纖光柵傳感器。環氧樹脂膠分兩次填充，兩次填充均是鋼絲在預拉下進行，兩次填充中，第一次以刷膠的方式涂覆到凹槽內壁，涂覆的厚度為0.01mm，第二次是放置光纖光柵應變傳感器后以填充的方式注入到凹槽內，環氧樹脂膠在凹槽的口部位置呈凹弧狀。鋼絲預拉的持荷為0.3pb，pb為鋼絲的極限承載力。光纖光柵傳感器兩端伸出到鋼絲端部外。

實施例2：一種平行鋼絲橋梁智能懸索（參見圖4），與實施例1的不同之處在于：光纖光柵應變傳感器內部共線并排平行設置有溫度傳感器8，光纖光柵應變傳感器截面呈扁平狀，設置入凹槽內時，光纖光柵處于夾部之間，溫度傳感器處于夾部外。其余結構參照實施例1。

以上所述的實施例只是本發明的兩種較佳方案，并非對本發明作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。