考虑温度补偿的碳纤维复合材料智能缆索及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑温度补偿的碳纤维复合材料智能缆索及其制备方法，包括索股，索股两端锚固在锚具内，索股由多根碳纤维复合材料智能筋组成，或多根碳纤维复合材料智能筋与多根碳纤维复合材料普通筋混合组成，所述多根碳纤维复合材料智能筋中包括应变监测用智能筋与温度补偿用智能筋；智能筋内部的光纤上设有若干光纤光栅传感器，光纤位于智能筋本体端部的位置套有松管；温度补偿用智能筋在索股一端不参与锚固，应变监测用智能筋与温度补偿用智能筋均在索股另一端锚固且它们的光纤通过导线从锚具内引出外接光时域反射仪。通过应变监测用智能筋的波长变化减去温度补偿用智能筋的波长变化即为索股实际承载引起的波长变化，可进一步换算得到索股实际承载的应变和应力状态，不同部位的光栅感器可对应监测不同部位的应变和应力状态。

Carbon fiber composite intelligent cable considering temperature compensation and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
考虑温度补偿的碳纤维复合材料智能缆索及其制备方法
本专利技术涉及碳纤维复合材料智能缆索及其制索方法，主要用于斜拉桥的斜拉索、悬索桥的吊索及系杆拱桥的吊索，便于对缆索的应力进行检测。
技术介绍
桥梁缆索是斜拉桥、悬索桥和系杆拱桥的核心组成部分。而智能缆索在承受桥梁结构自重和桥上动载的同时可以实现对缆索长期工作状态的实时监测，为缆索在服役期健康状态提供科学数据，确保使用期内的安全。目前对桥梁缆索应力状态的监测方式中比较先进的有采用光纤光栅传感器的方式。光纤光栅传感器具有传感精度高、抗电磁干扰、准分布式传感、绝对测量、稳定性与耐久性好等优点。但是，光栅布拉格波长对温度与应变均敏感，其本身无法区别温度和应变分别引起的波长变化，导致温度和应变的交叉敏感问题制约其发展。因此在进行应变传感测量时，如何消除温度的影响是智能缆索研究的重要内容，故一种能够有效地进行温度补偿，消除温度对应变传感测量的影响的碳纤维复合材料智能缆索及其制索方法亟待提出。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种考虑温度补偿的碳纤维复合材料智能缆索及其制备方法，该智能缆索可以对温度进行补偿，排除温度的干扰，准确监测缆索不同部位的变形及应力状态，为缆索在服役期的运行状态提供科学的检测数据。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种考虑温度补偿的碳纤维复合材料智能缆索，包括索股，索股两端锚固在锚具内，其中，所述索股主要由多根碳纤维复合材料智能筋组成，或多根碳纤维复合材料智能筋与多根碳纤维复合材料普通筋混合组成，所述多根碳纤维复合材料智能筋中包括应变监测用智能筋与温度补偿用智能筋；所述碳纤维复合材料智能筋包括智能筋本体和设置在智能筋本体内部的光纤，光纤上设有若干光纤光栅传感器，光纤位于智能筋本体端部的位置套有松管，光纤两端露出智能筋本体之外并通过设置在智能筋两端的临时套管保护使不外露；索股外面为护套，索股的两端剥除护套使露出端部，索股端部散丝锚固在锚具内，所述温度补偿用智能筋在索股一端不参与锚固，所述应变监测用智能筋与温度补偿用智能筋均在索股另一端锚固且它们的光纤通过导线从锚具内引出外接光时域反射仪。可选地，所述索股两端套有连接筒，所述锚具设置在连接筒外端，索股的端部穿过连接筒再锚固到锚具内，连接筒内设有密封填料。可选地，若干光纤光栅传感器的分布位置中至少包括与缆索长度中点及锚固点对应的部位。可选地，所述松管长度为1米至2米。本申请另外提供上述考虑温度补偿的碳纤维复合材料智能缆索的制备方法：首先确定缆索长度、监测部位，制作光纤，根据监测部位在光纤上布置光纤光栅传感器，然后在光纤两端套上松管，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松管部位剥开，露出光纤，采用套管临时保护外露光纤。将多根碳纤维复合材料智能筋与若干根碳纤维复合材料普通筋组成索股，缠包定型带，在定型后的索股外热挤成型护套；然后将索股两端的护套剥除，露出多根碳纤维复合材料智能筋与多根碳纤维复合材料普通筋的端部，将温度补偿用智能筋的一端切断至与护套的剥除端齐平，使该端部不参与锚固；在索股两端配置锚具及连接筒，索股裸露的两端分别穿过连接筒后在锚具中成锥形散开，并用锚具内的分丝板定位每根筋，温度补偿用智能筋的另一端与应变监测用智能筋同一端的光纤也穿过分丝板并穿出于锚具，然后再向锚具中灌注锚固填料，向连接筒中灌注密封料；穿出锚具的光纤，通过导线连接到能检测光纤光栅变化的光时域反射仪上；在缆索施工和服役期间，通过光时域反射仪测得应变监测用智能筋的波长变化减去温度补偿用智能筋的波长变化即为索股实际承载引起的波长变化，进而换算得到实际承载的应变和应力状态，不同部位的光栅传感器可对应检测不同检测部位的应变状态。本申请的光纤光栅传感器是本申请中核心部件要求具有高微应变量特性，微应变量达8000με～16000με。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)将温度补偿用智能筋、碳纤维复合材料索股有机结合，有效地解决了温度补偿用智能筋的保护问题以及布设工艺问题，延长了其使用寿命。(2)本专利技术制作的考虑温度补偿的碳纤维复合材料智能缆索直接将温度补偿用光纤光栅传感器置于不同监测部位处，可以更加准确地消除监测部位温度对应变监测的干扰，有效地监测出缆索在施工和服役期间不同关键部位的应变(变形和应力变化)状态，提高桥梁缆索的使用安全性。(3)本专利技术有助于实现整个桥梁缆索的精确监测和智能化管理，且制作方法简单、合理，适合大面积推广。附图说明图1为本专利技术采用的碳纤维复合材料智能筋结构示意图；图2为本专利技术智能缆索索股截面结构示意图；图3为本专利技术智能缆索结构示意图；图4为本专利技术另一种智能缆索索股截面结构示意图。其中：碳纤维复合材料智能筋1应变监测用碳纤维复合材料智能筋1-1温度补偿用碳纤维复合材料智能筋1-2光纤2光纤光栅传感器3塑料松管4不锈钢套管5碳纤维复合材料普通筋6高强度聚酯纤维带7高密度聚乙烯护套8索股9锚具10连接筒11外螺母12分丝板13环氧冷铸填料14环氧树脂密封料15导线16光时域反射仪17。具体实施方式参见图1，先根据目标桥梁工程项目缆索长度，并找到缆索长度中点及上下锚固点关键部位作为监测部位，制作光纤2，并根据上述关键部位的位置在光纤上布置光纤光栅传感器3，光纤光栅传感器3具有高微应变量特性，微应变量达8000με～16000με；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的1本体内部，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，采用不锈钢套管5保护外露光纤2。参见图2、3，将多根碳纤维复合材料智能筋1-1、1-2与若干根普通碳纤维复合材料筋6组成索股9，经左旋轻度扭绞1～3°(当然根据需要也可以采用平行的方式)后绕包高强度聚酯纤维带7，用于索股9的定型，将定型后索股9热挤高密度聚乙烯，形成高密度聚乙烯护套8，碳纤维复合材料智能筋1-1、1-2在索股9中设置的数量及位置，可根据实际监测需求而定；将索股9两端的高密度聚乙烯护套8及高强度聚酯纤维带7剥除，露出碳纤维复合材料智能筋1-1、1-2及普通碳纤维复合材料筋6，将温度补偿用碳纤维复合材料智能筋1-2的一端切断与高密度聚乙烯护套8及高强度聚酯纤维带7齐平，索股9两端均配有锚具10及连接筒11，锚具10上带有外螺母12，高密度聚乙烯护套8及高强度聚酯纤维带7的剥除长度略小于锚具10与连接筒11长度总和，使高密度聚乙烯护套8与连接筒11部分搭接。碳纤维复合材料智能筋1-1、1-2及普通碳纤维复合材料筋6在锚具10中发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑温度补偿的碳纤维复合材料智能缆索，其特征在于：包括索股，索股两端锚固在锚具内，其中，所述索股主要由多根碳纤维复合材料智能筋组成，或多根碳纤维复合材料智能筋与多根碳纤维复合材料普通筋混合组成，所述多根碳纤维复合材料智能筋中包括监测用智能筋与温度补偿用智能筋；/n所述碳纤维复合材料智能筋包括智能筋本体和设置在智能筋本体内部的光纤，光纤上设有若干光纤光栅传感器，光纤位于智能筋本体端部的位置套有松管，光纤两端露出智能筋本体之外并通过设置在智能筋两端的临时套管保护使不外露；/n索股外面为护套，索股的两端剥除护套使露出端部，索股端部散丝锚固在锚具内，所述温度补偿用智能筋在索股一端不参与锚固，所述监测用智能筋与温度补偿用智能筋均在索股另一端锚固且它们的光纤通过导线从锚具内引出外接光时域反射仪。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑温度补偿的碳纤维复合材料智能缆索，其特征在于：包括索股，索股两端锚固在锚具内，其中，所述索股主要由多根碳纤维复合材料智能筋组成，或多根碳纤维复合材料智能筋与多根碳纤维复合材料普通筋混合组成，所述多根碳纤维复合材料智能筋中包括监测用智能筋与温度补偿用智能筋；
所述碳纤维复合材料智能筋包括智能筋本体和设置在智能筋本体内部的光纤，光纤上设有若干光纤光栅传感器，光纤位于智能筋本体端部的位置套有松管，光纤两端露出智能筋本体之外并通过设置在智能筋两端的临时套管保护使不外露；
索股外面为护套，索股的两端剥除护套使露出端部，索股端部散丝锚固在锚具内，所述温度补偿用智能筋在索股一端不参与锚固，所述监测用智能筋与温度补偿用智能筋均在索股另一端锚固且它们的光纤通过导线从锚具内引出外接光时域反射仪。


2.根据权利要求1所述的考虑温度补偿的碳纤维复合材料智能缆索，其特征在于：所述索股两端套有连接筒，所述锚具设置在连接筒外端，索股的端部穿过连接筒再锚固到锚具内，连接筒内设有密封填料。


3.根据权利要求1所述的考虑温度补偿的碳纤维复合材料智能缆索，其特征在于：若干光纤光栅传感器的分布位置中至少包括与缆索长度中点及锚固点对应的部位。


4.根据权利要求1所述的考虑温度补偿的碳纤维复合材料智能缆索，其特征在于：所述松管长度为1米至2米。


5.根据权利要求1—4中任一权项所述的考虑温度补偿的碳纤维复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘礼华，朱元林，赵军，赵霞，朱维军，黄盛彬，
申请(专利权)人：法尔胜泓昇集团有限公司，江苏法尔胜研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32