一種內(nèi)置光纖光柵的智能復(fù)合筋的制作方法

本發(fā)明涉及鋼絞線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種內(nèi)置光纖光柵的智能復(fù)合筋。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，土木工程材料將沿具有高強(qiáng)、耐腐蝕、耐疲勞、高韌性和耐磨等綜合性能的方向發(fā)展。但土木工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施，如混凝土結(jié)構(gòu)、巖土結(jié)構(gòu)、索類結(jié)構(gòu)、拱橋的拱肋、鋼絲拉索等在工作過(guò)程中由于環(huán)境荷載作用、疲勞效應(yīng)、腐蝕效應(yīng)和材料老化等因素的耦合作用，不可避免地受到損壞和抗力減弱，從而造成抵抗自然災(zāi)害的能力或其他外界壓力的能力降低，如得不到及時(shí)的監(jiān)測(cè)和養(yǎng)護(hù)，將會(huì)造成嚴(yán)重的事故發(fā)生。因此對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施的健康監(jiān)測(cè)已成為了人們亟待解決的技術(shù)問(wèn)題，對(duì)其研究具有重要意義。

土木工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要是應(yīng)變和溫度，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段存在精度低、穩(wěn)定性低、可操作性差、受干擾影響大、不能實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等缺點(diǎn)，很難達(dá)到有效監(jiān)測(cè)的目的。光纖光柵傳感器是一種優(yōu)良的光敏元件，具有電絕緣性能好、穩(wěn)定性高、抗腐蝕、抗電磁干擾、集傳輸和傳感于一體等優(yōu)點(diǎn)，且還可對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變進(jìn)行高精度絕對(duì)測(cè)量。但光纖光柵傳感器較脆弱，抗剪能力較差，應(yīng)用過(guò)程中需特殊保護(hù)。因此將光纖光柵傳感器應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件中，光纖光柵傳感器的封裝保護(hù)和布設(shè)工藝成為了關(guān)鍵。

公開號(hào)為CN201051164Y的中國(guó)實(shí)用新型專利公開了一種光纖光柵纖維增強(qiáng)復(fù)合智能筋，其包括纖維增強(qiáng)筋及在纖維增強(qiáng)筋中沿長(zhǎng)度方向分別的光纖及光纖光柵傳感器，在非光柵段的光柵外套有塑料松套管，該塑料松套管與纖維增強(qiáng)筋連結(jié)。所述光纖光柵纖維增強(qiáng)復(fù)合智能筋中還一端懸空的串有溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器，含溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器的智能筋端部的外徑小于智能筋的外徑、其外套有第一金屬管。但該光纖光柵纖維增強(qiáng)復(fù)合智能筋外未套設(shè)套管，導(dǎo)致其在生產(chǎn)制作過(guò)程中還需要通過(guò)模子，加溫固化，完成整個(gè)過(guò)程需要一成套裝置，制作過(guò)程復(fù)雜、成本高。此外，該光纖光柵纖維增強(qiáng)復(fù)合智能筋中的同根光纖只能串接20個(gè)數(shù)量?jī)?nèi)的光纖光柵傳感器，未能形成分布式的任意位置的測(cè)量。且目前的裸光纖與分布式測(cè)量?jī)x組成的測(cè)量回路，可測(cè)量任意位置的應(yīng)力及溫度。但每次測(cè)量，目前的分布式測(cè)量?jī)x的應(yīng)變和溫度測(cè)量結(jié)果只是5cm長(zhǎng)度的平均值，不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離分布式測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種內(nèi)置光纖光柵的智能復(fù)合筋，該智能復(fù)合筋只需利用第一金屬管即可成型，制作過(guò)程簡(jiǎn)單。第一金屬管不僅能保護(hù)內(nèi)部裸光纖，使其能很好的傳輸光信號(hào)，同時(shí)還能很好的與鋼絞線邊絲協(xié)調(diào)受力變形，不易發(fā)生脫絲現(xiàn)象，且本身具有很好的力學(xué)性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種內(nèi)置光纖光柵的智能復(fù)合筋，包括光纖，所述光纖上包括非光柵段和含有光纖光柵傳感器的光柵段，所述光纖外套設(shè)有第一金屬管，所述非光柵段外套有塑料松套管，所述塑料松套管的直徑小于所述第一金屬管的直徑，所述光纖與所述第一金屬管之間還設(shè)有填充物，所述光纖、填充物及所述塑料松套管通過(guò)粘結(jié)劑與所述第一金屬管粘結(jié)形成整體。

進(jìn)一步地，還包括溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器，所述溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器設(shè)于所述光柵段并與所述光纖光柵傳感器串連，所述溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器外套有第二金屬管，所述第二金屬管的直徑小于所述第一金屬管的直徑，所述溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器的一端在所述第二金屬管內(nèi)懸空。

進(jìn)一步地，所述第一金屬管為不銹鋼管或銅管。

進(jìn)一步地，所述填充物為混雜纖維或混雜纖維/粒子混合物。

進(jìn)一步地，所述混雜纖維包括碳纖維、玻璃纖維和玄武巖纖維，所述混雜纖維/粒子混合物為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維與玻璃微珠的混合物或碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維與二氧化硅顆粒的混合物。

進(jìn)一步地，所述混雜纖維/粒子混合物的制備過(guò)程為先將混雜纖維進(jìn)行表面改性，改性后的混雜纖維與粒子混合后通過(guò)超聲震蕩分散均勻，最后熱烘干即得。

進(jìn)一步地，所述混雜纖維/粒子混合物中混雜纖維與粒子的質(zhì)量比為6-10:1。

進(jìn)一步地，所述粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：

1.本發(fā)明將光纖光柵傳感器和溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器與鋼絞線、混凝土梁、巖土、拱橋的拱肋、平行鋼絲拉索等相結(jié)合，能有效的保護(hù)光纖和光纖傳感器，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離多點(diǎn)測(cè)量，較好地解決了將光纖傳感器布設(shè)于鋼絞線、混凝土梁、巖土、拱橋的拱肋、平行鋼絲拉索中的防護(hù)問(wèn)題和布設(shè)工藝問(wèn)題；

2、本發(fā)明中套設(shè)的第一金屬管力學(xué)性能良好，和一般的FRP筋相比，生產(chǎn)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，屈服性較好，有更好的抗剪性能，且彈性模量與鋼絞線邊絲等材料差異不大，可在使用中更好的協(xié)調(diào)受力變形，從而提高光纖傳感器的測(cè)量精度，且不易發(fā)生脫絲現(xiàn)象，增加鋼絞線、混凝土梁、巖土結(jié)構(gòu)、平行鋼絲拉鎖等的使用壽命；由于采用了第一金屬管將第一金屬管中心絲成型，因此，本發(fā)明采用該第一金屬管中心絲扭絞成鋼絞線時(shí)，直接將該第一金屬管中心絲與邊絲扭絞成鋼絞線即可，無(wú)需再另設(shè)模子固定第一金屬管中心絲，省略了后續(xù)加溫固化的步驟，制作過(guò)程簡(jiǎn)單、成本低。

3、光纖光柵傳感器中串有溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器，使本發(fā)明在測(cè)量應(yīng)變的同時(shí)還可測(cè)量溫度，以排除環(huán)境溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；

4、光纖與混雜纖維絲/粒子混合物同時(shí)拉入第一金屬管內(nèi)，拉擠入管內(nèi)時(shí)粘結(jié)環(huán)氧樹脂，和第一金屬管固化后形成整體。采用纖維與粒子結(jié)合形成的混雜纖維絲/粒子混合物，能保證光纖與第一金屬管具有良好的整體性，不會(huì)產(chǎn)生空隙和脫落現(xiàn)象，使光纖與整個(gè)智能復(fù)合筋能協(xié)調(diào)變形，有利于提高測(cè)量精度，且增強(qiáng)了智能復(fù)合筋的壓縮強(qiáng)度、彈性模量以及穩(wěn)定性。同時(shí)，混雜纖維/粒子混合物和粘結(jié)的環(huán)氧樹脂能很好的保護(hù)內(nèi)部光纖不被外界環(huán)境腐蝕，保障光纖的使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1一種內(nèi)置光纖光柵的智能復(fù)合筋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2和實(shí)施例3一種內(nèi)置光纖光柵的智能復(fù)合筋的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-光纖，2-光纖光柵傳感器，2-1-溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器，3-塑料松套管，4-填充物，5-第一金屬管，6-第二金屬管。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但不是對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1：

如圖1，一種內(nèi)置光纖光柵的智能復(fù)合筋，包括光纖1，所述光纖1上包括非光柵段和含有光纖光柵傳感器2的光柵段，所述非光柵段外套有塑料松套管3，所述光纖1外套設(shè)有第一金屬管5，所述塑料松套管3的直徑小于所述第一金屬管5的直徑，所述光纖1與所述第一金屬管5之間還填充有填充物4，在本實(shí)施例中，填充物4為混雜纖維/粒子混合物，光纖1、填充物4、塑料松套管3和第一金屬管5通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)形成整體，以形成能夠同步變形的智能復(fù)合筋。

本發(fā)明實(shí)施例中，所采用的第一金屬管5為不銹鋼管，當(dāng)然其他實(shí)施例中還可采用其他材料做成的第一金屬管，如銅管。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述填充物4選自碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維與玻璃微珠的混合物，其制備過(guò)程為先將碳纖維、玻璃纖維和玄武巖纖維采用硅烷偶聯(lián)劑KH-550進(jìn)行表面改性，改性后的混雜纖維與玻璃微珠按質(zhì)量比為10:1混合后通過(guò)超聲震蕩分散均勻，最后熱烘干即得。

當(dāng)將本實(shí)施例所述的內(nèi)置光纖光柵的智能復(fù)合筋作為中心絲應(yīng)用于鋼絞線制成智能鋼絞線時(shí)，其制作方法包括如下步驟：

(1)根據(jù)鋼絞線的制作長(zhǎng)度，確定光纖光柵傳感器2在鋼絞線長(zhǎng)度方向上的位置并串接在光纖1中，計(jì)算所用光纖1的最小長(zhǎng)度；

(2)根據(jù)鋼絞線型號(hào)，計(jì)算所用第一金屬管5的長(zhǎng)度及直徑；

(3)將多個(gè)塑料松套管3在光纖1的無(wú)光柵段；

(4)采用拖拉法將所述光纖1、塑料松套管3與填充物4一起埋入第一金屬管5內(nèi)，埋入時(shí)利用粘結(jié)劑環(huán)氧樹脂使光纖1、塑料松套管3、填充物4和第一金屬管5之間充分粘接形成整體，得到智能鋼絞線的金屬管中心絲；

(5)將與上述金屬管中心絲等長(zhǎng)度的鋼絞線用機(jī)械打散，并用所得金屬管中心絲替換鋼絞線的原中心絲，與邊絲重新扭絞成鋼絞線，即可制成智能鋼絞線。

實(shí)施例2：

如圖2，一種內(nèi)置光纖光柵的智能復(fù)合筋，包括光纖1，所述光纖1上包括非光柵段和含有光纖光柵傳感器2的光柵段，所述非光柵段外套有塑料松套管3，所述光纖1外套設(shè)有第一金屬管5，所述塑料松套管3的直徑小于所述第一金屬管5的直徑，所述光纖1與所述第一金屬管5之間還填充有填充物4，在本實(shí)施例中，填充物4為混雜纖維/粒子混合物，光纖1、填充物4、塑料松套管3和第一金屬管5通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)形成整體，以形成能夠同步變形的智能復(fù)合筋。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述光纖光柵傳感器還串連有溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器2-1，所述溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器2-1外套有第二金屬管6，且所述第二金屬管6位于所述第一金屬管5內(nèi)，所述溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器2-1的一端在所述第二金屬管6內(nèi)懸空，使其可自由變形，可用于感受溫度信息，測(cè)量溫度，作溫度補(bǔ)償。

本發(fā)明實(shí)施例中，所采用的第一金屬管5為銅管，當(dāng)然其他實(shí)施例中還可采用其他材料做成的第一金屬管。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述填充物4選自碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維與二氧化硅顆粒的混合物，其制備過(guò)程為先將碳纖維和玻璃纖維采用硅烷偶聯(lián)劑KH-550進(jìn)行表面改性，改性后的混雜纖維與玻璃微珠按質(zhì)量比為6:1混合后通過(guò)超聲震蕩分散均勻，最后熱烘干即得。

當(dāng)將本實(shí)施例所述的內(nèi)置光纖光柵的智能復(fù)合筋作為中心絲應(yīng)用于鋼絞線制成智能鋼絞線時(shí)，其制作方法包括如下步驟：

(1)根據(jù)鋼絞線的制作長(zhǎng)度，確定光纖光柵傳感器2、溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器2-1在鋼絞線長(zhǎng)度方向上的位置并串接在光纖1中，計(jì)算所用光纖1的最小長(zhǎng)度；

(2)根據(jù)鋼絞線型號(hào)，計(jì)算所用第一金屬管5的長(zhǎng)度及直徑；

(3)將多個(gè)塑料松套管3套在光纖1的無(wú)光柵段，將第二金屬管6套在溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器2-1上，同時(shí)使溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器2-1的一端在所述第二金屬管6內(nèi)懸空；

(4)采用拖拉法將所述光纖1、塑料松套管3、第二金屬管6與填充物4一起埋入第一金屬管5內(nèi)，埋入時(shí)利用粘結(jié)劑環(huán)氧樹脂使光纖1、塑料松套管3、填充物4、第二金屬管6和第一金屬管5之間充分粘接形成整體，得到智能鋼絞線的金屬管中心絲；

(5)將與上述金屬管中心絲等長(zhǎng)度的鋼絞線用機(jī)械打散，并用所得金屬管中心絲替換鋼絞線的原中心絲，與邊絲6重新扭絞成鋼絞線，即可制成含光纖光柵傳感器的智能鋼絞線。

實(shí)施例3：

如圖2，一種內(nèi)置光纖光柵的智能復(fù)合筋，包括光纖1，所述光纖1上包括非光柵段和含有光纖光柵傳感器2的光柵段，所述非光柵段外套有塑料松套管3，所述光纖1外套設(shè)有第一金屬管5，所述塑料松套管3的直徑小于所述第一金屬管5的直徑，所述光纖1與所述第一金屬管5之間還填充有填充物4，在本實(shí)施例中，填充物4為混雜纖維，光纖1、填充物4、塑料松套管3和第一金屬管5通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)形成整體，以形成能夠同步變形的智能復(fù)合筋。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述光纖光柵傳感器還串連有溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器2-1，所述溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器2-1外套有第二金屬管6，且所述第二金屬管6位于所述第一金屬管5內(nèi)，所述溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器2-1的一端在所述第二金屬管6內(nèi)懸空，使其可自由變形，可用于感受溫度信息，測(cè)量溫度，作溫度補(bǔ)償。

本發(fā)明實(shí)施例中，所采用的第一金屬管5為不銹鋼管，當(dāng)然其他實(shí)施例中還可采用其他材料做成的第一金屬管。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述填充物4選自碳纖維、玻璃纖維和玄武巖纖維的混合物。

當(dāng)將本實(shí)施例所述的內(nèi)置光纖光柵的智能復(fù)合筋作為中心絲應(yīng)用于鋼絞線制成智能鋼絞線時(shí)，其制作方法與實(shí)施例2相同，在此不再?gòu)?fù)述。

實(shí)施例4

本發(fā)明實(shí)施例中除混雜纖維/粒子混合物中的混雜纖維與二氧化硅顆粒的質(zhì)量比改為8:1外，其他均與實(shí)施例2相同。

上述說(shuō)明是針對(duì)本發(fā)明較佳可行實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，但實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍，凡本發(fā)明所提示的技術(shù)精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應(yīng)屬于本發(fā)明所涵蓋專利范圍。