基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置及安装方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置及安装方法。本发明专利技术的目的是提供一种基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置及安装方法，以长期、稳定、准确、有效的获取弯螺栓应力监测信息。本发明专利技术的技术方案是：该监测装置在弯螺栓的内弧面上开设有沿弯螺栓轴线方向通长布置的内沟槽，弯螺栓的外弧面上开设有沿弯螺栓轴线方向通长布置的外沟槽；所述内沟槽和外沟槽内共同敷设有一根光纤光栅串，该光纤光栅串从外沟槽的右端沿外沟槽敷设至外沟槽左端，并从内沟槽的左端沿内沟槽敷设至内沟槽右端，所述光纤光栅串一端连接光纤光栅解调仪。本发明专利技术适用于城市地铁盾构隧道和其它水下盾构隧道弯螺栓应力的长期运营监测。

Long term monitoring device and installation method of segment bending bolt stress based on FBG

The invention relates to a long-term stress monitoring device and an installation method of a segment bending Bolt Based on a fiber grating. The purpose of the invention is to provide a long-term monitoring device and installation method of segment bending bolt stress based on fiber grating, so as to obtain the bending bolt stress monitoring information in a long-term, stable, accurate and effective way. The technical scheme of the invention is: the monitoring device is provided with an inner groove arranged along the bending bolt axis on the inner arc surface of the bending bolt, and an outer groove arranged along the bending bolt axis on the outer arc surface of the bending bolt; the inner groove and the outer groove are jointly provided with a fiber grating string, which is laid from the right end of the outer groove to the outside along the outer groove The left end of the groove is laid along the inner groove from the left end of the inner groove to the right end of the inner groove, and one end of the fiber grating string is connected with the fiber grating demodulator. The invention is suitable for long-term operation monitoring of bending bolt stress of urban metro shield tunnel and other underwater shield tunnels.

【技术实现步骤摘要】
基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置及安装方法
本专利技术涉及一种基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置及安装方法。适用于城市地铁盾构隧道和其它水下盾构隧道弯螺栓应力的长期运营监测。
技术介绍
城市轨道交通地铁区间隧道大多采用盾构法施工，还有一些城市跨江水下隧道结构也采用盾构隧道方案。盾构隧道衬砌多采用装配式钢筋混凝土管片，它与整体式衬砌的最大不同点是存在大量环内管片接缝和环间接缝，管片接头是盾构隧道整环结构中的薄弱环节。盾构隧道管片间采用螺栓连接，一般有直螺栓、弯螺栓、斜螺栓等几种结构形式，其中大多采用弯螺栓。盾构隧道结构的破坏始于接缝处，接缝的构造型式及承载能力在整环结构承载中占有重要地位。对于接头的设计，一般近似地将接头面看作是连续的钢筋混凝土截面，将螺栓看作受拉钢筋。由于接缝受力以及接触面构造的复杂性，工程上经常采用试验的方法为设计计算和接头改进提供依据。目前，盾构管片接头试验时螺栓应变测量通过在每根连接螺栓两侧切槽，并对称布设应变片，采用静态应变电测法测试接缝螺栓应变值，以此计算连接螺栓内力的方法。该方法进行短期螺栓应力测试工作，简单有效，但对于长期运营的盾构隧道，如果需要进行螺栓应力长期变化规律监测，仪器耐久性和稳定性方面明显达不到要求。软土地区地铁盾构隧道投入运营后，由于受到列车循环动荷载的持续作用，同时，又受地铁线路周围工程地质条件的影响和人类经济活动的影响，导致隧道在施工及运营期会产生较大的沉降。盾构隧道的纵向沉降及其不均匀性，将会引起隧道结构的附加内力、变形，对接头防水和结构安全性构成威胁。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置及安装方法，以长期、稳定、准确、有效的获取弯螺栓应力监测信息。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置，其特征在于：在弯螺栓的内弧面上开设有沿弯螺栓轴线方向通长布置的内沟槽，弯螺栓的外弧面上开设有沿弯螺栓轴线方向通长布置的外沟槽；所述内沟槽和外沟槽内共同敷设有一根光纤光栅串，该光纤光栅串从外沟槽的右端沿外沟槽敷设至外沟槽左端，并从内沟槽的左端沿内沟槽敷设至内沟槽右端，所述光纤光栅串一端连接光纤光栅解调仪；所述光纤光栅串上与所述内沟槽的中点对应位置为内光纤光栅裸栅，光纤光栅串上与所述外沟槽的中点对应位置为外光纤光栅裸栅；内、外光纤光栅裸栅中间均有一裸栅点，为螺栓应变测点；所述光纤光栅串上、外光纤光栅裸栅附近刻有一个栅点，为温度补偿测点；所述内沟槽和外沟槽内均充填环氧树脂。所述光纤光栅串从与所述光纤光栅解调仪连接端至另一端为依次连接铠装松套光纤、外松套光纤Ⅰ、外光纤光栅裸栅、外松套光纤Ⅱ、铠装松套光纤、内松套光纤Ⅰ、内光纤光栅裸栅、内松套光纤Ⅱ、铠装松套光纤到尾纤；其中外松套光纤Ⅰ、外光纤光栅裸栅和外松套光纤Ⅱ置于所述外沟槽内，对应弯螺栓的弧线段布置；所述内松套光纤Ⅰ、内光纤光栅裸栅、内松套光纤Ⅱ置于所述内沟槽内，对应弯螺栓的弧线段布置。所述内、外光纤光栅裸栅栅区长度为10cm。所述温度补偿测点距离所述外光纤光栅裸栅约20cm。所述内沟槽和外沟槽对应所述弯螺栓弧线段的刻槽尺寸为宽3mm、深4mm；所述内沟槽和外沟槽对应所述弯螺栓两端螺纹区直线段的刻槽尺寸为宽4mm、深4mm，沟槽深度以螺纹牙底起算。弯螺栓由于温度变化引起的应变，加上荷载变化引起的应变总和计算如下：ε总＝K(λ1-λ0)+B(λt1-λt0)；弯螺栓仅因荷载变化引起的应变计算如下：ε总＝K(λ1-λ0)+B(λt1-λt0)-α×ΔT；ΔT＝100×(λt1-λt0)，单位取℃；式中：ε总-应变量，单位με；ε-应变量，单位με；K-应变光栅应变系数，单位με/nm；λ1-应变光栅当前的波长值(nm)；λ0-应变光栅初始的波长值(nm)；λt1-温补光栅当前的波长值(nm)；λt0-温补光栅初始的波长值(nm)；α-弯螺栓热膨胀系数，单位取(με/℃)。一种所述监测装置的安装方法，其特征在于：1)定制光纤光栅串：按照弯螺栓型号、尺寸向厂家定制光纤光栅串，提供光纤光栅串上2个螺栓应变测点和1个温度补偿测点的栅点中心波长、应变系数和温度修正系数；2)开槽：用开槽钻头在弯螺栓上开设内沟槽和外沟槽，槽底面及侧面要求光滑平整；3)打磨及清洁：对内沟槽和外沟槽的底面及侧面用细砂纸进行打磨，打磨完成后用无纺布蘸取丙酮溶液进行清洗，清洗完毕后用干净的脱脂棉进行擦拭，保证擦拭后的无纺布无污渍即可，否则重新清洁；对拟固定的光纤光栅串进行清洁，清洁方法同槽底面；4)固定：刻好栅的光纤光栅串敷设到开好的内沟槽和外沟槽中，调整光纤位置，使得内、外光纤光栅裸栅分别位于内、外沟槽内的中点；调整好位置后在弯螺栓内、外沟槽内的中点位置滴上少许502胶水临时固定中点位置，待胶水干透后分别拉直两侧光纤固定中间裸栅；5)粘贴：对固定好的光纤光栅串进行粘贴，首先对内、外光纤光栅裸栅部位进行粘贴，粘贴采用502胶水均匀涂覆在裸线上面，采用细小毛刷进行涂抹保证光纤紧贴于槽底面；然后对弧线段和螺纹区直线段依次进行粘贴，粘贴方法同光纤光栅裸栅；6)封装：用环氧树脂均匀涂覆在内、外沟槽中，保证环氧树脂均匀密实的填充满所开的内、外沟槽中。光纤光栅传感器可以检测的物理量包括应变、应力、温度、位移、电压、压强、电流、磁场、频率等。它可靠性好、抗干扰能力强，反应灵敏，防水防腐，波长不受光纤弯曲等因素引起的系统损耗的影响，也不受光源功率波动的影响，它是一种绝对参量，具有很高的可靠性和非常好的稳定性。尤其适合于埋入材料内部构成所谓的智能材料或结构，对智能材料或结构的安全性、损伤程度、载荷疲劳等状态进行连续实时监测，可以很好的解决管片弯螺栓应力长期监测问题。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过采用未经封装的光纤光栅裸栅直接粘贴在弯螺栓结构外表面进行盾构管片弯螺栓应力的长期监测，从而可实现城市地铁盾构隧道和其它水下盾构隧道弯螺栓应力长期监测。附图说明图1为实施例的结构示意图。图2为实施例中弯螺栓的结构示意图。图3为实施例中弯螺栓的截面示意图。图4为实施例中光纤光栅串的结构示意图。具体实施方式如图1所示，本实施例为一种基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置，其中弯螺栓1分为位于中间的弧线段101和位于两端的螺纹区直线段102(见图2)，在弯螺栓1的内弧面上开设有沿弯螺栓1轴线方向通长布置的内沟槽104，弯螺栓1的外弧面上开设有沿弯螺栓1轴线方向通长布置的外沟槽103(见图3)，内沟槽104与外沟槽103相互平行。本例中内沟槽104和外沟槽103对应所述弯螺栓的弧线段101的刻槽尺寸为宽3mm、深4mm；内沟槽104和外沟槽10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置，其特征在于：/n在弯螺栓(1)的内弧面上开设有沿弯螺栓(1)轴线方向通长布置的内沟槽(104)，弯螺栓(1)的外弧面上开设有沿弯螺栓(1)轴线方向通长布置的外沟槽(103)；/n所述内沟槽(104)和外沟槽(103)内共同敷设有一根光纤光栅串(2)，该光纤光栅串从外沟槽(103)的右端沿外沟槽(103)敷设至外沟槽(103)左端，并从内沟槽(104)的左端沿内沟槽(104)敷设至内沟槽(104)右端，所述光纤光栅串(2)一端连接光纤光栅解调仪(3)；/n所述光纤光栅串(2)上与所述内沟槽(104)的中点对应位置为内光纤光栅裸栅(206)，光纤光栅串(2)上与所述外沟槽(103)的中点对应位置为外光纤光栅裸栅(203)；内、外光纤光栅裸栅中间均有一裸栅点，为螺栓应变测点(209)；/n所述光纤光栅串(2)上、外光纤光栅裸栅(203)附近刻有一个栅点，为温度补偿测点(208)；/n所述内沟槽(104)和外沟槽(103)内均充填环氧树脂。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置，其特征在于：
在弯螺栓(1)的内弧面上开设有沿弯螺栓(1)轴线方向通长布置的内沟槽(104)，弯螺栓(1)的外弧面上开设有沿弯螺栓(1)轴线方向通长布置的外沟槽(103)；
所述内沟槽(104)和外沟槽(103)内共同敷设有一根光纤光栅串(2)，该光纤光栅串从外沟槽(103)的右端沿外沟槽(103)敷设至外沟槽(103)左端，并从内沟槽(104)的左端沿内沟槽(104)敷设至内沟槽(104)右端，所述光纤光栅串(2)一端连接光纤光栅解调仪(3)；
所述光纤光栅串(2)上与所述内沟槽(104)的中点对应位置为内光纤光栅裸栅(206)，光纤光栅串(2)上与所述外沟槽(103)的中点对应位置为外光纤光栅裸栅(203)；内、外光纤光栅裸栅中间均有一裸栅点，为螺栓应变测点(209)；
所述光纤光栅串(2)上、外光纤光栅裸栅(203)附近刻有一个栅点，为温度补偿测点(208)；
所述内沟槽(104)和外沟槽(103)内均充填环氧树脂。


2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置，其特征在于：所述光纤光栅串(2)从与所述光纤光栅解调仪(3)连接端至另一端为依次连接铠装松套光纤(201)、外松套光纤Ⅰ(202)、外光纤光栅裸栅(203)、外松套光纤Ⅱ(204)、铠装松套光纤(201)、内松套光纤Ⅰ(205)、内光纤光栅裸栅(206)、内松套光纤Ⅱ(207)、铠装松套光纤(201)到尾纤；
其中外松套光纤Ⅰ(202)、外光纤光栅裸栅(203)和外松套光纤Ⅱ(204)置于所述外沟槽(103)内，对应弯螺栓(1)的弧线段(101)布置；所述内松套光纤Ⅰ(205)、内光纤光栅裸栅(206)、内松套光纤Ⅱ(207)置于所述内沟槽(104)内，对应弯螺栓(1)的弧线段(101)布置。


3.根据权利要求1或2所述的基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置，其特征在于：所述内、外光纤光栅裸栅栅区长度为10cm。


4.根据权利要求1或2所述的基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置，其特征在于：所述温度补偿测点(208)距离所述外光纤光栅裸栅(203)约20cm。


5.根据权利要求1或2所述的基于光纤光栅的管片弯螺栓应力长期监测装置，其特征在于：所述内沟槽(104)和外沟槽(103)对应所述弯螺栓(1)弧线段(101)的刻槽尺寸为宽3mm、深4mm；所述内沟槽(104)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：关淑萍，黄伟，李江林，章戈，
申请(专利权)人：浙江华东工程安全技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33