一种用于建筑索结构的光纤光栅传感器智慧索
阅读说明：本技术 一种用于建筑索结构的光纤光栅传感器智慧索 (A fiber grating sensor wisdom cable for building cable structure ) 是由 区彤 刘雪兵 兰春光 朱万旭 张连飞 陈进于 于 2020-11-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于建筑索结构的光纤光栅传感器智慧索,包括索体、光纤光栅传感器,所述索体由若干个钢丝组成,所述光纤光栅传感器固定在索体内,所述光纤光栅传感器外设有封装结构,所述封装结构为纤维复合筋。本发明相对于现有技术,通过将光纤光栅传感器与建筑索组合,利用光栅感知所在构件部位的变化并通过光纤将光信号变化传递给光纤光栅采集仪,实现对索力快速、准确、直观的实时监测,适合应用于建筑结构的长期监测。(The invention provides a fiber grating sensor intelligent cable for a building cable structure, which comprises a cable body and a fiber grating sensor, wherein the cable body is composed of a plurality of steel wires, the fiber grating sensor is fixed in the cable body, an encapsulation structure is arranged outside the fiber grating sensor, and the encapsulation structure is a fiber composite rib. Compared with the prior art, the cable force monitoring device has the advantages that the fiber grating sensor is combined with the building cable, the change of the part of the component where the grating is located is sensed by the grating, the change of the optical signal is transmitted to the fiber grating collector through the optical fiber, the cable force is rapidly, accurately and intuitively monitored in real time, and the cable force monitoring device is suitable for long-term monitoring of the building structure.)
技术领域
本发明涉及一种用于建筑索结构的光纤光栅传感器智慧索。建筑索结构属于张拉结构，需进行预应力张拉成形后形成稳定的结构形态，索结构在施工和使用期间的索体一直处于预应力张拉状态，如何准确、实时的监测索力变化情况以及索体的受力状况？本发明可实时、准确测得索体内索力的分布情况，为建筑索结构的索力分布和内力变化提供可靠的数据支撑，同时为了解和掌握结构的健康状况提供可靠依据。
背景技术
现阶段建筑索结构监测常用方法有很多，主要有压力传感器法、油压表读数法、磁通量法、频率测量法等，目前建筑索结构应用较广泛的主要为磁通量法。磁通量法测索力主要通过磁通量传感器的铁磁性材料承受外界荷载发生变化时，内部的磁导率发生变化，通过测量铁磁性材料构件的磁导率与索力的变化关系，间距测量出索力，同时需在索体上增加一个磁通量传感器的方式进行采集数据，这种方法导致在索力测量时结果无法直接获取，且易受外界干扰，并影响建筑外观。
发明内容
本发明提供了一种用于建筑索结构的光纤光栅传感器智慧索，以实现对建筑索索力的快速、准确检测。
本发明提供了一种用于建筑索结构的光纤光栅传感器智慧索，包括索体、光纤光栅传感器，所述索体由若干个钢丝组成，所述光纤光栅传感器固定在索体内，所述光纤光栅传感器外设有封装结构，所述封装结构为纤维复合筋。
进一步地，所述纤维复合筋为纤维增强塑料-光纤光栅复合传感筋。
进一步地，所述索体包括中心索体、外环索体，所述外环索体套于中心索体外。
更进一步地，中心索体为若干个圆形钢丝捻制而成，所述光纤光栅传感器位于中心索体内。
更进一步地，所述外环索体为若干个Z形钢丝和/或圆形钢丝捻制而成。
进一步地，所述光纤光栅传感器在索体的两端处表面涂覆有耐高温涂层。
进一步地，所述光纤光栅传感器的两端具有预留光纤光栅段，所述预留光纤光栅段位于索体外，所述预留光纤光栅段不小于1米。
更进一步地，所述纤维复合筋插于中心索体内，且与中心索体粘接。
更进一步地，所述中心索体具有中心丝，所述中心丝为智能复合筋，所述光纤光栅传感器安装在智能复合筋内。
进一步地，所述纤维增强塑料-光纤光栅复合传感筋为碳纤维、玻璃纤维中的一种或多种组成。
本发明相对于现有技术，通过将光纤光栅传感器与建筑索组合，利用光栅感知所在构件部位的变化并通过光纤将光信号变化传递给光纤光栅采集仪，实现对索力快速、准确、直观的实时监测，适合应用于建筑结构的长期监测。
附图说明
图1为本发明实施例密封索截面图；
图2为本发明实施例高钒索截面图；
图3为本发明实施例侧视图；
图4为本发明实施例中心丝为智能复合筋的密封索截面图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。
本发明实施例公开了一种用于建筑索结构的光纤光栅传感器智慧索，如图1、图2所示，包括索体1、光纤光栅传感器2，所述索体1由若干个钢丝组成，所述光纤光栅传感器2固定在索体1内，所述光纤光栅传感器2外设有封装结构，所述封装结构为纤维复合筋。
可选的，所述纤维复合筋为纤维增强塑料-光纤光栅复合传感筋。
其中，如图1、图2所示，本发明实施例的光纤光栅传感器智慧索在索体1捻制时将光纤光栅传感器2植入到索体1内部。
本发明实施例利用光纤光栅传感器智慧索对拉索索力进行获取，并通过选用力学性能与钢材相近的纤维增强塑料-光纤光栅复合传感筋，使光纤光栅传感器可以随钢材的拉伸而延展，实现波长漂移，方便进行索力的监测。同时，本发明实施例的智慧索与普通索外形相同，方便安装，易于检测，可在保证建筑索结构安全的前提下，提供索结构从施工到使用期间全过程的索力变化数据，从而准确、实时对建筑结构健康状况进行监测。
可选的，如图1、图2所示，所述索体1包括中心索体11、外环索体12，所述外环索体12套于中心索体11外。
特别的，如图1、图2所示，所述中心索体11为若干个圆形钢丝捻制而成，所述光纤光栅传感器2位于中心索体11内。
其中，中心索体11为若干条钢丝围绕中心丝111组成。
特别的，如图1、图2所示，所述外环索体12为若干个Z形钢丝121和/或圆形钢丝捻制而成。
其中，如图1所示，采用Z形钢丝121的索体为密封索索体，采用优质密封钢丝绳索体，索体内层为圆形钢丝，外层为Z形钢丝。索体直径＜60mm，外层Z形钢丝121不得少于2层；索体直径≥60mm，外层Z形钢丝121不得少于3层。钢丝的公称抗拉强度可采用1570MPa、1670MPa、1770MPa三个级别，弹性模量为(1.6±0.05)×105Mpa。
如图2所示，采用圆形钢丝作为外环索体的高钒索索体，钢丝表面均采用GALFAN(锌-5％铝-混合稀土合金)镀层，钢丝的公称抗拉强度可采用1570MPa、1670MPa、1770MPa三个级别，弹性模量为(1.6±0.05)×105Mpa。
可选的，所述光纤光栅传感器2在索体1的两端处表面涂覆有耐高温涂层。
本发明实施例通过采用耐高温涂层，提高了光纤光栅传感器的耐高温性能，使索体成型后，可通过热铸锚对索体的两端进行浇筑形成拉索锚头，提高索体的使用安全及稳定性。
可选的，如图3所示，所述光纤光栅传感器2的两端具有预留光纤光栅段21，所述预留光纤光栅段21位于索体1外，所述预留光纤光栅段21不小于1米。
本发明实施例通过在索体两端设置预留光纤光栅段，便下一步与光纤光栅数据传输接口的连接，在索体一端光纤光栅出现数据传输问题后，可与另一端进行数据传输，保障索体数据传输成功率。
特别的，所述纤维复合筋插于中心索体111内，或者替换中心丝。
其中，复合光栅传感筋采用与钢丝强度相近的材质，利用胶水与索体1中心丝111固定在一起。
特别的，如图4所示，所述中心索体11的中心为智能复合筋，所述光纤光栅传感器2安装在智能复合筋内。
其中，中心丝111为智能复合筋结构，光纤光栅传感器2位于智能复合筋内或者直接替换中心钢丝，而智能复合筋的材质强度与钢丝相近，可对光纤光栅传感器2进行有效保护，避免光纤光栅传感器2在捻制及使用过程中受到大量挤压而损坏，延长光纤光栅传感器2的使用寿命。
可选的，所述纤维增强塑料-光纤光栅复合传感筋为碳纤维、玻璃纤维中的一种或多种组成。
本发明实施例的纤维增强塑料是以连续碳纤维、玻璃纤维等组成的复合材料，而光纤光栅主要成分为SiO2。
本发明实施例以Φ65密封索索体为例，进行拉扯测试，结果如下表所示：
如上表所示，该密封索索体人破断力4220KN，试验采用以500KN左右的力逐级加载至破断力的60％(约2500KN)，可看出光纤光栅传感器的测试结果与实际拉力(试验机读数)相近，相对误差小于4％，特别是在高负载下，相对误差小于1％，可以有效监测索体的索力变化。同时，本发明实施例的光纤光栅传感器具有良好的收缩性，密封索索体在加载至破断力的60％后，随着拉力下降，光纤光栅传感器的测试结果也随之下降，同时保持相对误差小于4％。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。
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