一种用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍制造技术

本发明专利技术提供了一种用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍，属于结构健康监测技术领域。所述的用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍包括正六棱柱套、环形金属箍、连续光纤和保护软管。该装置基于分布式光纤应变传感技术和螺栓松动会引起光纤应变变化的原理，当应变发生改变时，光纤中光信号的背向瑞利散射光谱在频率上会发生偏移，其偏移量的大小与应变的变化大小成正比，通过监测光信号的背向瑞利散射光谱频移量，实现对高强螺栓松动的实时、定量、无损监测，从而对高强螺栓松动损伤及时进行预警，保障结构的安全。本发明专利技术制作简单、经济成本低，大大降低了人工作业量，易于拆卸、适用性强，便于大规模地投入使用。

A high sensitive and intelligent hoop for monitoring the loosening of high strength bolts

【技术实现步骤摘要】
一种用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍
本专利技术涉及一种用于工程结构高强螺栓松动监测的高灵敏智能套箍，属于结构健康监测
，特别是一种用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍。
技术介绍
钢结构因其具有成本低、自重轻、施工快、节能环保等优点而在工用民用建筑、桥梁工程中得到广泛应用，是当今世界应用最多的结构形式之一。在钢结构中，常见的连接方式有螺栓连接、焊缝连接、铆钉连接，其中高强螺栓连接由于具有连接可靠、便于安装拆卸等优点已成为钢结构应用最为广泛的连接形式。然而，在实际工程中，高强螺栓往往由于温度循环荷载、振动、冲击、腐蚀等因素而出现松动损伤，使结构存在巨大的安全隐患。高强螺栓的松动会引起结构关键部位或整体的失效，甚至造成灾难性事故，导致巨大的经济损失与人员伤亡。因此，为及时发现存在安全隐患的高强螺栓而进行更换，确保结构的安全运营及健康状态，对高强螺栓进行监测预警是十分必要的。目前，对高强螺栓松动的常用监测方法可分为目视法和打音法两种。其中，目视法就是用肉眼观察金属部件是否有所变色或其他变化；打音法就是用锤子敲打金属连接部位，从声音上判断是否有松弛或其他异常。然而，这两种方法都存在人工成本高、无法长期实时监测等缺点，且对工作人员的技术经验、态度和责任心等依赖性较强。另外，现阶段国内外学者围绕螺栓松动监测开展研究的振动分析、声发射信号分析、压电阻抗理论等方法，受安装条件、现场环境等多方面的限制，目前在实际工程中还难以大范围应用。近年来，由于光纤小巧轻便、抗腐蚀、抗电磁干扰、可以实时监测、进行网络化以及数据可靠等优点，在结构健康监测中受到了高度重视。分布式光纤传感技术将光纤作为感知元件，基于光信号的后向散射信号频谱信息与外界待测物理量存在的函数关系，利用后向散射信号进行物理信息的感知，该光纤传感技术具有极高的分辨率和灵敏度，可应用于精准化传感和细小部件的结构健康监测，在螺栓松动损伤监测领域具有极大的发展空间。因此，针对工程结构中高强螺栓松动的监测，从新的技术角度提供一种高度灵敏、实时、无损的监测装置是尤为重要的，从而为工程结构的安全服役提供重要保障。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍，其目的是实现对高强螺栓松动的实时监测，准确地判定结构的健康状态，从而保障结构的安全。本专利技术的技术方案：一种用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍，包括正六棱柱套1、环形金属箍2、连续光纤3和保护软管4；所述的环形金属箍2套在正六棱柱套1的外侧，正六棱柱套1的六条棱与环形金属箍2的内表面通过焊接固定在一起；所述的连续光纤3环绕正六棱柱套1一圈，通过环氧树脂黏贴固定在正六棱柱套1的外侧；所述的连续光纤3未黏贴在正六棱柱套1的剩余部分由保护软管4外套保护。所述的正六棱柱套1的顶部和底部是敞开的，周围的六个侧壁均为矩形弹性金属薄片，弹性金属薄片为不锈钢或铜或弹性材料。所述的正六棱柱套1和环形金属箍2同心、同轴，正六棱柱套1和环形金属箍2的底面平齐。所述的环形金属箍2的底面用于与螺栓连接件结构的焊接连接。所述的正六棱柱套1的高度高于环形金属箍2的高度。所述的正六棱柱套1和环形金属箍2的尺寸根据实际待测高强螺栓(大六角头高强螺栓)的大小进行调整，正六棱柱套1的侧棱高度小于待测高强螺栓的螺帽侧棱高度，正六棱柱套1的底面边长大于待测高强螺栓的螺帽底面边长。本专利技术的工作原理：高强度螺栓分为大六角头高强度螺栓和扭剪型高强度螺栓两种，在实际工程结构应用中，大部分都采用大六角头高强螺栓。本专利技术发专利是针对大六角头高强螺栓的松动监测而设计的，高强螺栓松动引起高强螺栓转动，高强螺栓转动导致正六棱柱套的侧壁弹性金属薄片发生变形，进而引起弹性金属薄片外侧粘贴的光纤发生伸长变形。对正六棱柱套的单个侧壁弹性金属薄片进行分析，高强螺栓转动角度为θ，单个侧壁弹性金属薄片的宽度为l，相应的粘贴在单个侧壁弹性金属薄片外侧的光纤的长度也为l，伸长变形后的光纤的长度为l′。大六角头高强螺栓的螺帽底面是正六边形的，正六棱柱套的底面也为正六边形(即OA＝OC＝AC＝l)，正六棱柱套外套在螺帽上，两者之间的空隙非常小(即OA≈OB)，监测原理示意图如图5所示，根据余弦定理，可知，伸长变形后的光纤的每一段长度l′为每一段光纤的伸长变形量Δl为每一段光纤的应变ε为基于瑞利散射分布式光纤应变传感原理，当应变发生改变时，光纤中光信号的背向瑞利散射光谱在频率上会发生偏移，其偏移量的大小与应变的变化大小成正比，即v′＝v0+C·ε(6)式中，v0和v′分别为没有应变时与有应变时光谱频移；C为应变系数(dv/dε)；ε为应变。将关系式(5)代入关系式(6)，得到光谱频移与高强螺栓转动角度θ的关系式，即所以，通过连续光纤测得的光谱频移，再依据关系式(7)，即可得出高强螺栓转动的角度θ。因此，基于上述专利技术原理，我们通过连续光纤测得的光谱频移即可计算出高强螺栓是否松动以及转动的角度θ。本专利技术相对于现有技术具有以下有益效果：(1)本专利技术通过监测光信号的背向瑞利散射光谱频移量，实现对高强螺栓松动的定量监测。(2)本专利技术对高强螺栓的微小转动比较敏感，高度灵敏、性能稳定。(3)本专利技术能够实时、在线、无损的监测高强螺栓松动状况，从而对结构安全进行预警维护。(4)本专利技术无需嵌入光栅，单次测量即可获得连续光纤上任意点的物理信息，具有非常高的分辨率。(5)本专利技术制作简单、经济成本低，大大降低了人工作业量，易于拆卸、适用性强，便于大规模地投入使用。附图说明图1为本专利技术用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍的结构示意图；图2为本专利技术用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍的A-A截面剖视图；图3为本专利技术用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍的B-B截面剖视图；图4为本专利技术应用于实际高强螺栓松动监测的一种放置示意图；图5为本专利技术监测原理示意图。图中：1正六棱柱套；2环形金属箍；3连续光纤；4保护软管；5用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍；6高强螺栓的螺帽；7螺栓连接件结构。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1～5所示，本专利技术提供的一种用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍，包括正六棱柱套1、环形金属箍2、连续光纤3、保护软管4；所述的环形金属箍2套在正六棱柱套1的外侧，正六棱柱套1的六条棱与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍，其特征在于，所述的用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍包括正六棱柱套(1)、环形金属箍(2)、连续光纤(3)和保护软管(4)；/n所述的环形金属箍(2)套在正六棱柱套(1)的外侧，正六棱柱套(1)的六条棱与环形金属箍(2)的内表面通过焊接固定在一起；/n所述的连续光纤(3)环绕正六棱柱套(1)一圈，通过环氧树脂黏贴固定在正六棱柱套(1)的外侧；/n所述的连续光纤(3)未黏贴在正六棱柱套(1)的剩余部分由保护软管(4)外套保护。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍，其特征在于，所述的用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍包括正六棱柱套(1)、环形金属箍(2)、连续光纤(3)和保护软管(4)；
所述的环形金属箍(2)套在正六棱柱套(1)的外侧，正六棱柱套(1)的六条棱与环形金属箍(2)的内表面通过焊接固定在一起；
所述的连续光纤(3)环绕正六棱柱套(1)一圈，通过环氧树脂黏贴固定在正六棱柱套(1)的外侧；
所述的连续光纤(3)未黏贴在正六棱柱套(1)的剩余部分由保护软管(4)外套保护。


2.根据权利要求1所述的用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍，其特征在于，所述的正六棱柱套(1)的顶部和底部是敞开的，周围的六个侧壁均为矩形弹性金属薄片，弹性金属薄片为不锈钢或铜或弹性材料。


3.根据权利要求1或2所述的用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍，其特征在于，所述的正六棱柱套(1)和环形金属箍(2)同心、同轴，正六棱柱套(1)和环形金属箍(2)的底面平齐。


4.根据权利要求1或2所述的用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍，其特征在于，所述的环形金属箍(2)的底面用于与螺栓连接件结构的焊接连接。


5.根据权利要求3所述的用于监测高强螺栓松动的高灵敏智能套箍，...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐福建，周国帅，李宏男，李钢，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21