本发明专利技术涉及一种线栏式柔性护栏的应力测量技术，具体涉及一种线栏式柔性护栏锚端应力的光纤Ｂｒａｇｇ光栅测量方法。属光电子测量技术领域。本方法是将光纤Ｂｒａｇｇ光栅粘贴在与端部立柱相连接的柔性护栏调节拉杆螺栓上，且粘贴的位置与立柱和索端锚头都保持有间距；将另一光纤Ｂｒａｇｇ光栅粘贴在缆索护栏的单束钢丝缝隙处，粘贴方向平行于钢丝捻制方向，且粘贴的位置与索端锚头保持有间距；二光纤Ｂｒａｇｇ光栅再通过光纤与信号处理装置光连接，对钢绞线的偏轴应变和轴向应变进行监测。本发明专利技术结构简单，测量准确，可同时对缆索护栏的偏轴应变和轴向应变进行监测，易实现长期测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种线栏式柔性护栏的应力测量技术，具体涉及一种线栏式柔性护栏 锚端应力的光纤Bragg光栅测量方法。属光电子测量
技术介绍
在高速公路普遍采用安全隔离设施中，缆索护栏具有柔性防撞性能好，吸收撞击 能量较强等优点。但是，缆索护栏结构本身和架设后内部初张力较大的特点在安全上有如 下隐患当缆索松动，在受到较大作用力时，比如汽车高速冲撞时会脱开，起不到原有的 保护作用。缆索护栏较长，其变化量更多，仅从缆索护栏内部应力角度较难判断判断护栏是 由于卡紧装置松动还是由于热胀冷縮原因松动。因此，交通部发布的《公路交通安全设施设 计规范》(JTGD81-2006)和《公路交通安全设施施工技术规范》(JTGF71-2006)中第三章和 《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》第六章中相关规定，缆索护栏为三股七芯钢 丝绳右向捻制构成的，直径为18mm，每根钢丝的直径为2.86mm。各等级缆索护栏初张力均 为20kN。 与本专利技术接近的技术是易贤仁，"钢绞线偏轴应变测量方法及实验研究"《华中科 技大学学报》，2008年九月刊，第25巻第3期，211 213。该技术采用电阻应变片对捻制结 构的钢绞线应力进行测量。该方法仅考虑利用电阻应变片获取钢绞线的偏轴应变，而没有 测量钢绞线的轴向应变；并且，电阻应变片属于相对测量法，获取的是被测参量的变化量， 系统重启后需重新标定测量基点，难以实现长期稳定测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种线栏式柔性护栏光纤Bragg光栅应力 其结构简单，测量准确，可同时对缆索护栏的偏轴应变和轴向应变进行监 专利技术的上述的目是这样实现的将光纤Bragg光栅粘贴在与端部立柱相连接的 柔性护栏调节拉杆螺栓上，且粘贴的位置与立柱和索端锚头都保持有间距；将另一光纤 Bragg光栅粘贴在缆索护栏的单束钢丝缝隙处，粘贴方向平行于钢丝捻制方向，且粘贴的位 置与索端锚头保持有间距；二光纤Bragg光栅再通过光纤与信号处理装置光连接，对钢绞 线的偏轴应变和轴向应变进行监测。 本专利技术所述的光纤Bragg光栅分别粘贴在最上面一根拉杆螺栓的正下方和最上 面的一根缆索护栏的单束钢丝缝隙处。 线栏式缆索护栏通过锚固端固定于立柱后，缆索护栏受到张力作用带动索端锚头 的调节拉杆螺栓拉伸，产生轴向形变。通过粘贴在缆索护栏钢丝缝隙处的光纤Bragg光栅 和粘贴在调节拉杆螺栓正下方的光纤Bragg光栅分别将缆索护栏偏轴应变和调节拉杆螺 栓的轴向线应变转换成光纤Bragg光栅的中心波长移位，两光纤Bragg光栅通过输入输出 光纤与信号处理装置光连接。利用解调仪得到的光纤Bragg光栅中心波长的移位值，将应测量方法及装置， 测，易实现长期测力值反算出来，实现波长与应力的对应关系。 本专利技术技术的数学模型如下 光纤Bragg光栅均匀轴向应变引起的波长移位为 A AB = AB(l_Pe) e (1) 上式中，AB为光纤Bragg光栅的中心波长，A A B为波长移位量，Pe = 0. 22为有 效弹-光系数，e为轴向应变量。 当线栏式缆索护栏索端锚头的调节拉杆螺栓受到护栏作用的轴向拉力F时，其所 受压应力为 O"i =T (2) 上式中，A为调节拉杆螺栓的截面积。根据胡克定律，轴向拉力o工与弹性体应变 e工的关系为可表示为 o ! = e ! (3) 式(3)中，E工为锚固段材料的弹性模量。 当光纤Bragg光栅8粘贴在调节拉杆螺栓上时，两者应变相等，S卩e = e "把 (2)、 (3)式代入(1)式，得到线栏式缆索护栏锚固端受力与光纤Bragg光栅波长移位得关 系^=^(1-尸J^ (4) 对于缆索的整束钢丝，当线栏式缆索护栏受到轴向拉力F时，其所受压应力为 cr2丄(5) 上式中，4为单根缆索护栏截面积，根据《高速公路交通安全设施设计及施工技术 规范》第六章中关于缆索直径的规定可以得到。根据胡克定律，轴向拉力02与弹性体应变 e 2的关系为可表示为 o 2 = E2 e 2 (6) 式(6)中，E2为缆索的弹性模量。 与轴线成e夹角方向的表面钢丝方向应变为e ' 2，称为偏轴应变。偏轴应变 e ' 2与轴向应e2的关系为 e , 2 = ]i ,e 2 (7) 式中，ii '为缆索的斜向效应系数。将式(7)代入式(6)，得 o 2 = E' 2 e ' 2 (8) 式中，《=,为缆索的相当弹性模量，可用实验方法测出。偏轴应变e ' 2和轴 向应变^都是在相同的轴向应力02作用下引起的，式(6)和式(8)相等，可得五;" S2 = ￡，五；(9) 上式中，《=;—为偏轴应变与轴向应变的转换系数，E2为缆索的轴向拉伸弹性模五, 当光纤Bragg光栅粘贴在缆索护栏上缝隙处时，缆索的偏轴应变等于光纤Bragg的轴向应变，即e ' 2 = e ，将式(5)、 (6)、 (9)代入式(l)，则线栏式缆索护栏锚固端受力与光纤Bragg光栅波长移位的关系为A4=4(l-g)^"4(l-g)^^ (10)4五2 4碼 本专利技术有益效果是 1.实现了线栏式缆索护栏的应力长期在线监测。本专利技术直接将光纤Bragg光栅粘贴在线栏式缆索护栏锚固端和缆索的钢丝缝隙处，通过把线栏式缆索护栏的应力的测量转换成对光纤Bragg光栅的中心波长移位的测量，实现对线栏式缆索护栏的在线监测。 2.通过测量线栏式缆索护栏的索端锚头，获取到缆索护栏的整体应变量，进而对缆索整体受力进行监测。附图说明 图1为本测量技术的基本结构和传感器布置图。 图中各标号表示为端部立柱1、三角形支架2、缆索护栏3、光纤Bragg光栅4、光纤5、索端锚头6、调节拉杆螺栓7、光纤Bragg光栅8、光纤9、信号处理装置10。具体实施例方式参见图1 ，将光纤Bragg光栅8粘贴在与端部立柱1相连接的柔性护栏最上面一根调节拉杆螺栓7上，且粘贴的位置与立柱和索端锚头都保持不接触状态；将另一光纤Bragg光栅4粘贴在最上面的一根缆索护栏3的单束钢丝缝隙处，粘贴方向平行于钢丝捻制方向，且粘贴的位置与索端锚头保持有间距；二光纤Bragg光栅4、8再通过光纤5、9与信号处理装置10光连接，对钢绞线的偏轴应变和轴向应变进行监测。 1.线栏式缆索护栏索端锚头调节拉杆螺栓直径为25mm，全长为1200mm。 2线栏式缆索护栏的缆索选择直径为18mm，断面积134mm2 ;全长2000mm，偏轴应变与轴向应变的转换系数K = 1. 31的三股七芯右向同捻结构的钢丝作为缆索。 3.线栏式缆索护栏索端锚头，材料参数为45#钢的Young's模量为El = 200GPa。 4.线栏式缆索护栏缆索，材料参数为Q235钢的Young' s模量为E2 = 206GPa。 5.光纤Bragg光栅的技术参数为中心波长B = 1550. OOOnm，有效弹-光系数Pe=0. 22。 6.按图1配置实验。 7用光纤光栅分析仪获取光纤Bragg光栅的Bragg波长。 8.将调节拉杆螺栓面积，Young' s模量，光纤Bragg光栅的中心波长，有效弹_光系数带入式(4)，理论计算表明，该线栏式缆索护栏光纤Bragg光栅锚端传感器的灵敏度为12. 32pm/KN。当光纤Bragg光栅解调仪本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种线栏式柔性护栏应力监测方法，其特征是：将光纤Ｂｒａｇｇ光栅粘贴在与端部立柱相连接的柔性护栏调节拉杆螺栓上，且粘贴的位置与立柱和索端锚头都保持有间距；将另一光纤Ｂｒａｇｇ光栅粘贴在缆索护栏的单束钢丝缝隙处，粘贴方向平行于钢丝捻制方向，且粘贴的位置与索端锚头保持有间距；二光纤Ｂｒａｇｇ光栅再通过光纤与信号处理装置光连接，对钢绞线的偏轴应变和轴向应变进行监测。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李川，李天星，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]
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