一种用于桥梁的纤维筋拉吊索服役状态监测与评价方法技术

本发明专利技术公开了一种桥梁用纤维筋拉吊索服役状态监测与评价方法，包括：S1：选取纤维及基体，确定纤维的体积含量，单模光纤在纤维筋截面按一定规则排布，将纤维、基体和单模光纤成型，形成纤维筋，根据设计承载力将一定数量纤维筋按照正六边形平行排布，形成用于桥梁的纤维筋拉吊索；S2：纤维筋拉吊索承受恒荷载与活荷载作用，采用毫米级高空间分辨率应变传感技术，对纤维筋拉吊索进行高空间分辨率应变测试，采集纤维筋拉吊索内全部光纤应变数据并分析应变曲线，计算每根纤维筋的刚度和纤维筋拉吊索整体刚度；进行服役条件下纤维筋拉吊索服役状态监测与评价。本方法能有效应用于纤维筋拉吊索服役状态的实时监测与评价。拉吊索服役状态的实时监测与评价。拉吊索服役状态的实时监测与评价。

【技术实现步骤摘要】
一种用于桥梁的纤维筋拉吊索服役状态监测与评价方法


[0001]本专利技术属于桥梁结构健康监测、平行纤维筋拉吊索服役状态监测
，特别涉及一种用于桥梁的纤维筋拉吊索服役状态监测与评价方法。

技术介绍

[0002]传统桥梁拉吊索多采用平行高强钢丝或钢绞线形式，但是高强钢丝、钢绞线自重大、垂度大且易受到环境腐蚀，虽然设计使用寿命超过25年，但实际拉吊索使用寿命远达不到其设计使用寿命就因为发生腐蚀而不得不进行更换。单向纤维复材具有高抗拉强度、高耐腐蚀性及高比强度等优点，可以替代传统的钢索成为桥梁拉吊索的首选。单向纤维复材主要利用其内纤维优异的抗拉性能，同时纤维断裂后由于基体的黏结作用，破环纤维在离开断点一段范围后可以继续承载。
[0003]通常而言，纤维筋作为单向纤维复合材料，其细观损伤包括以下几类：1.纤维与基体脱黏；2.基体开裂；3.纤维断裂。这些细观损伤在荷载、环境及其耦合作用下不断演化发展，并最终由于单向纤维复材内纤维断裂并形成损伤临界聚类控制纤维筋的破坏。
[0004]目前还没有桥梁拉吊索全部采用平行纤维筋或纤维绞线的工程应用，多是采用纤维筋拉吊索替代少数钢索或在拉索内用纤维绞线替代部分钢绞线，主要原因是纤维筋拉吊索虽然抗拉强度高，但其抗剪性能差，拉吊索两端的锚固段容易发生破坏而无法充分利用其抗拉强度。
[0005]现有拉吊索服役状态监测方法都无法实现对纤维筋拉吊索内部纤维筋通长范围内连续分布式损伤实时监测及对每根纤维筋的刚度退化与承载能力的实时监测，无法实时监测纤维筋拉吊索内部损伤的演化历程，无法对平行纤维筋拉吊索通长范围内的服役状态进行监测和表征。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种用于桥梁的纤维筋拉吊索服役状态监测与评价方法，以解决现有技术中难以对纤维筋拉吊索内部纤维筋损伤演化、刚度退化与承载能力等进行实时监测的技术问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种用于桥梁的纤维筋拉吊索服役状态监测与评价方法，包括：
[0009]步骤S1：选取纤维及基体，确定纤维的体积含量，单模光纤在纤维筋截面按一定规则排布，将纤维、基体和单模光纤成型，形成纤维筋，根据设计承载力将一定数量纤维筋按照正六边形平行排布，形成用于桥梁的纤维筋拉吊索；
[0010]步骤S2：纤维筋拉吊索承受恒荷载与活荷载作用，采用毫米级高空间分辨率应变传感技术，对纤维筋拉吊索进行高空间分辨率应变测试，采集纤维筋拉吊索内全部光纤应变数据并分析应变曲线，计算每根纤维筋的刚度和纤维筋拉吊索整体刚度；进行荷载条件下纤维筋拉吊索服役状态监测与评价。
[0011]可选地，步骤S1中采用压模真空注塑或拉挤成型工艺成型所述纤维筋。
[0012]可选地，步骤S1中单模光纤分布于纤维筋横截面的中心、边缘以及内部。单模光纤在纤维筋横截面边缘以及内部均采用沿周向等间距分布。
[0013]可选地，步骤S1中形成纤维筋拉吊索时，组成纤维筋拉吊索的纤维筋中，至少一根纤维筋为温度补偿纤维筋，不参与纤维筋拉吊索受力，仅用于温度补偿。
[0014]可选地，所述S2的步骤：
[0015]步骤S21：在纤维筋拉吊索成型后对每根纤维筋内光纤进行初始标定，确定光纤初始状态；
[0016]步骤S22：纤维筋拉吊索仅承担恒荷载时，根据纤维筋内各传感光纤实测的应变数据得到纤维筋通长范围内指定空间分辨率下各截面的平均应变，确定各根纤维筋的初始刚度与内力，纤维筋拉吊索的整体初始刚度和索力；
[0017]步骤S23：纤维筋拉吊索承担恒荷载与活荷载时，连续采集全部纤维筋内光纤上的应变数据并分析应变曲线，确定各根纤维筋的实时刚度、内力，纤维筋拉吊索的实时整体刚度和索力；
[0018]步骤S24：根据纤维筋拉吊索的实时整体刚度和索力，进行纤维筋拉吊索服役状态监测和评价，并在纤维筋拉吊索整体刚度降低至设定的临界值时，对拉吊索进行安全预警，提示需要更换该纤维筋拉吊索。
[0019]可选地，步骤S21中初始标定，通过局部快速升温方式确定光纤的初始应变及对应的截面位置。
[0020]可选地，步骤S23中由串联体系模型计算纤维筋的刚度，由并联体系模型计算纤维筋拉吊索的整体刚度。
[0021]可选地，分析应变曲线，具体包括：
[0022]如果断丝部位在传感光纤应变测点附近，则该区域的平均应变时程曲线较损伤前上升，而未发生损伤区域的截面应变测点的平均应变时程曲线降低；
[0023]如果断丝部位位于两个传感光纤应变测点之间，则未发生损伤区域的截面应变测点的平均应变时程曲线降低；
[0024]如果纤维筋上有多个断丝损伤部位，靠近测点附近时会引起相应区域的平均应变时程曲线较损伤前上升，而未发生损伤区域的截面应变测点的平均应变时程曲线降低。
[0025]进一步的，本专利技术还提供了一种用于上述方法的纤维筋拉吊索，包括若干根平行排布的纤维筋，其中一根纤维筋不参与纤维筋拉吊索受力，仅用于温度补偿；纤维筋由纤维、单模光纤和基体组成，其中单模光纤按一定排布规则分布于纤维筋内。
[0026]进一步的，提供了一种用于监测和评价上述纤维筋拉吊索的试验装置，包括连续变刚度冷铸环氧铁砂锚头、OFDR分布式光纤解调仪、疲劳试验机和穿心螺母，其中穿心螺母设置于疲劳试验机上，连续变刚度冷铸环氧铁砂锚头可通过穿心螺母固定于疲劳试验机上，OFDR分布式光纤解调仪与固定于疲劳试验机上的纤维筋拉吊索内单模光纤连接，疲劳试验机向所述纤维筋拉吊索施加荷载，OFDR分布式光纤解调仪对纤维筋拉吊索进行光纤高空间分辨率应变测试。
[0027]本专利技术提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0028]上述方法有效解决了现有技术中索力监测方法仅能从整体角度给出索力评价，或
仅能从拉吊索表面防护层破损获取局部损伤信息的缺点，解决现有纤维筋拉吊索服役状态监测与评价方法无法获取纤维筋拉吊索内部纤维筋实时损伤状态的问题，解决平行纤维筋拉吊索服役状态监测与评价中存在的问题，该专利技术可实现服役期内平行纤维筋拉吊索内纤维筋由于局部损伤导致的刚度与承载能力退化、及由于纤维筋损伤导致的未损伤纤维筋内力重分布监测与评价，并可以实现平行纤维筋拉吊索整体刚度与索力监测，实现平行纤维筋拉吊索服役状态监测、评价及安全预警，为平行纤维筋拉吊索的更换提供理论依据。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例提供的一种用于桥梁的纤维筋拉吊索服役状态监测与评价方法流程图；
[0031]图2为本专利技术实施例的纤维筋拉吊索服役状态分布式监测与评价试验装置示意图；
[0032]图3为本专利技术实施例的纤维筋拉吊索截面示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于桥梁的纤维筋拉吊索服役状态监测与评价方法，其特征在于，包括：步骤S1：选取纤维及基体，确定纤维的体积含量，单模光纤在纤维筋截面按一定规则排布，将纤维、基体和单模光纤成型，形成纤维筋，根据设计承载力将一定数量纤维筋按照正六边形平行排布，形成用于桥梁的纤维筋拉吊索；步骤S2：纤维筋拉吊索承受恒荷载与活荷载作用，采用毫米级高空间分辨率应变传感技术，对纤维筋拉吊索进行高空间分辨率应变测试，采集纤维筋拉吊索内全部光纤应变数据并分析应变曲线，计算每根纤维筋的刚度和纤维筋拉吊索整体刚度；进行荷载条件下纤维筋拉吊索服役状态监测与评价。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中采用压模真空注塑或拉挤成型工艺成型所述纤维筋。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中单模光纤分布于纤维筋横截面的中心、边缘以及内部，单模光纤在纤维筋横截面边缘以及内部均采用沿周向等间距分布。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中形成纤维筋拉吊索时，组成纤维筋拉吊索的纤维筋中，至少一根纤维筋为温度补偿纤维筋，不参与纤维筋拉吊索受力，仅用于温度补偿。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2包括：步骤S21：在纤维筋拉吊索成型后对每根纤维筋内光纤进行初始标定，确定光纤初始状态；步骤S22：纤维筋拉吊索仅承担恒荷载时，根据纤维筋内各传感光纤实测的应变数据得到纤维筋通长范围内指定空间分辨率下各截面的平均应变，确定各根纤维筋的初始刚度与内力，纤维筋拉吊索的整体初始刚度和索力；步骤S23：纤维筋拉吊索承担恒荷载与活荷载时，连续采集全部纤维筋内光纤上的应变数据并分析应变曲线，确...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰成明，刘洋平，吴传文，刘彩平，岳清瑞，吴敬宇，黄尚洪，毛雅赛，
申请(专利权)人：山东建筑大学北玻院滕州复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：