CN117738386B - 一种光纤光栅智能钢绞线和建筑用预应力结构构件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及建筑结构构件的技术领域，尤其是涉及一种光纤光栅智能钢绞线和建筑用预应力结构构件。一方面，本申请涉及一种光纤光栅智能钢绞线，包括中心复合筋和光纤；光纤上设置有应变光栅和温度补偿光栅；缓冲组件包括导向管以及缓冲板；温度补偿光栅位于导向管内；缓冲板和温度补偿光栅相对固定，缓冲板的周缘和导向管内壁之间留有间隙；导向管内部填充有缓冲油脂。另一方面，本申请涉及一种建筑用预应力结构构件，包括混凝土结构和光纤光栅智能钢绞线，光纤光栅智能钢绞线设置在混凝土结构内部。本申请提供的一种光纤光栅智能钢绞线和建筑用预应力结构构件，能够有效解决预应力张拉时因震动造成的温度补偿精度较差的问题。

Description

一种光纤光栅智能钢绞线和建筑用预应力结构构件

技术领域

本申请涉及建筑结构构件的技术领域，尤其是涉及一种光纤光栅智能钢绞线和建筑用预应力结构构件。

背景技术

预应力结构构件，例如预应力梁目前已被广泛地应用在各类中大型建筑中，例如桥梁、高层建筑、隧道等。预应力结构构件通常是采用预应力张拉，从而有效提升结构构件的强度和稳定性。

实现对结构构件的预应力张拉，就需要在结构构件内部设置钢绞线，并且通过采用液压千斤顶对钢绞线施加拉力。在钢绞线的预应力张拉过程中，为了保证预应力的合理范围，就需要对预应力进行检测。在相关技术中，会在钢绞线内集成设置应变光栅。通过应变光栅对钢绞线内部的应力进行检测。

但是由于应变光栅会受温度的影响，为了提升应力光纤光栅的精度，通常会另外设置一个温度传感器，以检测钢绞线内部温度，以便于在后续应力计算时进行温度补偿。

而为了进一步提升温度补偿的精确性，目前相关技术中会在应变光栅所在的光纤上另外设置一个温度补偿光栅，即温度补偿光栅与应变光栅集成在同一根光纤上，这样一来，温度补偿光栅周围的温度会近似于应变光栅周围的温度，从而提升温度补偿的精确度。

但是在钢绞线的实际应用中，当钢绞线进行预应力张拉时，由于液压千斤顶的拉力会存在一定的波动，这种拉力波动作用在钢绞线上，就会导致钢绞线产生震动，这种震动会作用在温度补偿光栅，从而导致温度补偿光栅会震动，当温度补偿光栅产生震动时，其内部的光信号也会对应产生波动，因此会影响温度补偿的精度。

发明内容

本申请提供一种光纤光栅智能钢绞线和建筑用预应力结构构件，能够有效解决预应力张拉时因震动造成的温度补偿精度较差的问题，从而提升预应力张拉的精确性，使得预应力结构构件具有较佳的性能。

第一方面，本申请提供一种光纤光栅智能钢绞线，采用如下技术方案：

一种光纤光栅智能钢绞线，包括中心复合筋和光纤；所述光纤设置在中心复合筋内部，所述光纤上设置有应变光栅和温度补偿光栅；

还包括缓冲组件；所述缓冲组件包括设置在中心复合筋内部的导向管以及设置在导向管内部的缓冲板；所述光纤穿过导向管并且所述温度补偿光栅位于导向管内；

所述缓冲板上开设有供温度补偿光栅穿过的固定孔，并且所述缓冲板和温度补偿光栅相对固定；所述缓冲板的直径大于温度补偿光栅的直径，所述缓冲板的周缘和导向管内壁之间留有间隙；

所述导向管内部填充有缓冲油脂，所述导向管的两端均密封设置。

通过采用上述技术方案，当温度补偿光栅发生震动时，缓冲油脂能够起到缓冲作用，能够吸收钢绞线的震动传递，从而降低温度补偿光栅的震动，提升数据的准确性。而当温度补偿光栅和导向管发生相对位移时，缓冲板能够提供阻尼效果，从而避免温度补偿光栅发生剧烈位移从而导致震动的产生。另外缓冲板能够使温度补偿光栅尽可能的处于导向管的中心位置，使得钢绞线弯曲形变时，不易对温度补偿光栅施加外力作用。

因此，本申请的光纤光栅智能钢绞线能够较好地解决因温度补偿光栅受外力作用而发生震动的问题，进一步地解决了温度补偿光栅数据波动的问题，保证了混凝土构件在预应力张拉时，对其内部应力进行精准监测。

优选的，所述缓冲板设置有两个并且分别位于温度补偿光栅的两端，所述缓冲板与光纤固定连接，所述温度补偿光栅位于两个缓冲板之间。

通过采用上述技术方案，两个缓冲板均与光纤固定连接，两个缓冲板同步移动时更能够对温度补偿光栅起到保护作用。

优选的，两个所述缓冲板之间还设置有连接杆，所述连接杆的两端分别与两个缓冲板固定连接；所述缓冲板和连接杆组成保护框架，所述温度补偿光栅位于保护框架的内侧。

通过采用上述技术方案，保护框架的设置，一方面在光纤受到轴向拉力作用时，由于缓冲板与光纤固定连接，因此拉力会通过保护框架传导，不会直接作用在温度补偿光栅上面，保证温度补偿光栅不易发生形变。另一方面，当钢绞线发生弯曲形变时，形变产生的力会作用在保护框架上，不会直接施加在温度补偿光栅上，同样保证温度补偿光栅不易发生形变，从而降低外力对温度补偿光栅的影响，从而保证温度补偿光栅的温度检测精度。

优选的，所述导向管和应变光栅均位于中心复合筋的中心轴线上。

通过采用上述技术方案，导向管和应变光栅的位置相对应，从而使温度补偿光栅在钢绞线中的位置与应变光栅的位置接近，同时配合缓冲板对温度补偿光栅的居中作用，可以保证温度补偿光栅周围温度与应变光栅周围温度近似，从而提升温度补偿精度。

优选的，所述导向管的两端均设置有密封板上，所述密封板上开设有通孔；所述通孔内设置有保护套管，所述光纤穿过保护套管并与保护套管固定连接。

通过采用上述技术方案，保护套管能够对光纤起到保护作用，使光纤不易受导向管的挤压而受损。

优选的，所述保护套管包括硬质部分和柔性部分；所述硬质部分与通孔滑动配合；所述柔性部分位于导向管内部并与缓冲板固定连接。

通过采用上述技术方案，硬质部分的设置能够保证光纤正常的滑动，而柔性部分能够对温度补偿光栅附近的光纤起到加强作用，也能够使光纤保持一定的柔韧度，从而对温度补偿光栅位置起到保持作用，使得温度补偿光栅不易发生剧烈位移。

第二方面，本申请提供一种建筑用预应力结构构件，采用如下技术方案：

一种建筑用预应力结构构件，包括混凝土结构和光纤光栅智能钢绞线，所述光纤光栅智能钢绞线设置在混凝土结构内部。

通过采用上述技术方案，光纤光栅智能钢绞线在进行预应力张拉时，其内部的应力能够被精确检测，从而保证混凝土结构的有预应力张拉效果，以提升混凝土结构的结构性能。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1．缓冲组件的设置能够在钢绞线震动时，对钢绞线和温度补偿光栅之间的震动传导起到缓冲作用，从而降低温度补偿光栅的震动；当温度补偿光栅和导向管发生相对位移时，缓冲板也能够提供阻尼效果，从而避免温度补偿光栅发生剧烈位移从而导致震动的产生提升数据的准确性。

2.保护框架的设置，一方面在光纤受到轴向拉力作用时，由于缓冲板与光纤固定连接，因此拉力会通过保护框架传导，不会直接作用在温度补偿光栅上面，保证温度补偿光栅不易发生形变。另一方面，当钢绞线发生弯曲形变时，形变产生的力会作用在保护框架上，不会直接施加在温度补偿光栅上，同样保证温度补偿光栅不易发生形变，从而降低外力对温度补偿光栅的影响。

3.保护套管的硬质部分能够保证光纤正常的滑动，而柔性部分能够对温度补偿光栅附近的光纤起到加强作用，也能够使光纤保持一定的柔韧度，从而对温度补偿光栅位置起到保持作用，使得温度补偿光栅不易发生剧烈位移。

4.本申请中的预应力结构构件可应用至各类桥梁、楼房等建筑，应用范围广。

附图说明

图1是本申请实施例1中钢绞线的剖视图；

图2是本申请实施例1中缓冲组件的结构示意图；

图3是本申请实施例2中建筑用预应力结构构件的结构示意图；

附图中标记：1、中心复合筋；2、钢丝；3、光纤；4、温度补偿光栅；5、应变光栅；6、缓冲组件；61、导向管；62、密封板；63、保护套管；631、硬质部分；632、柔性部分；64、缓冲板；65、连接杆；7、混凝土结构。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本申请实施例公开一种建筑用预应力结构构件。参照图1和图2，钢绞线包括中心复合筋1、包覆在中心复合筋1外部的钢丝2以及设置在中心复合筋1内部的光纤3。中心复合筋1采用FRP材料。光纤3沿中心复合筋1长度方向设置。光纤3上设置有应变光栅5和温度补偿光栅4。温度补偿光栅4和应变光栅5均是刻写在光纤3上并且间隔设置。

应变光栅5能够对钢绞线的应力进行检测，而温度补偿光栅4则能够对钢绞线内部温度进行检测，以便于对应变光栅5进行温度补偿，提升应变光栅5的精度。

并且由于温度补偿光栅4和应变光栅5位于同一光纤3上，且二者均位于中心复合筋1的内部，因此温度补偿光栅4周围的温度与应变光栅周围的温度相近似，因此温度补偿光栅4对应变光栅5的温度补偿会更加精确。

还包括缓冲组件6。缓冲组件6包括导向管61。导向管61设置在中心复合筋1内部并与中心复合筋1相对固定。导向管61与应变光栅5均位于中心复合筋1的中心轴线上，即中心复合筋1处于平直状态时，导向管61与光纤3以及应变光栅5同轴。光纤3穿过导向管61，并且温度补偿光栅4位于导向管61内。

将导向管61与中心复合筋1同轴设置，即可保证导向管61内部温度环境与应变光栅5内部温度环境相类似，温度补偿光栅4仅需对导向管61内部温度检测，即可对应变光栅5进行温度补偿。

在本申请实施例中，导向管61能够承载钢绞线的弯曲变形等外力作用，从而能够对温度补偿光栅4起到较好的保护作用。导向管61的材质优选为硬质材料，例如塑料、金属等。

导向管61的两端均设置有密封板62，密封板62上开设有通孔，通孔内滑动配合有保护套管63。密封板62和保护套管63之间设置有油封，以实现二者之间缝隙的密封。光纤3穿设在保护套管63内并与保护套管63固定连接。

保护套管63包括硬质部分631和柔性部分632，硬质部分631可采用塑料、复合纤维或者金属等具有较高承载力的材料制作。而柔性部分632则采用橡胶、硅胶等柔韧性较好的材料制作。硬质部分631与通孔滑动配合，一方面对光纤3起到保护作用，避免光纤3发生弯折或者受到外力挤压而造成损坏，另一方面硬质部分631能够保证光纤3的正常滑移，并且避免光纤3受密封板62或导向管61的挤压。柔性部分632则能够对温度补偿光栅4附近的光纤3起到加强作用，也能够使光纤3保持一定的柔韧度，既能够起到缓冲减震的效果，也能够防止光纤3产生过度变形或剧烈晃动。

缓冲组件6还包括缓冲板64，缓冲板64设置有两个并分别位于温度补偿光栅4两端。缓冲板64的中心位置开始有安装孔，光纤3穿过安装孔并与缓冲板64固定连接。

缓冲板64也具有较好的抗压作用，能够对温度补偿光栅4起到保护作用。另外缓冲板64的设置能够保证温度补偿光栅4始终位于导向管61中心位置的附近，并且不会产生较大的偏移。

缓冲板64的周缘与导向管61内壁之间留有间隙，为导向管61留出形变余量，保证导向管61跟随钢绞线整体发生弯曲形变时不会对温度补偿光栅4造成挤压。

两个缓冲板64之间设置有多个连接杆65，连接杆65的两端分别与两个缓冲板64固定连接，并且多个连接杆65环绕温度补偿光栅4设置。因此，连接杆65和缓冲板64构成一个保护框架，温度补偿光栅4则位于该保护框架的内部。

由于在预应力张拉时，钢丝2以及中心复合筋1受拉力，其长度会伸长，从而导致中心复合筋1与光纤3之间存在相对位移，并且中心复合筋1与光纤3之间的摩擦力作用在光纤3上，等同于光纤3也受到拉力的作用。

因此，在光纤3受到拉力作用时，由于缓冲板64与光纤3固定连接，因此拉力会通过保护框架传导，不会直接作用在温度补偿光栅4上面，从而使温度补偿光栅4不易受拉形变。另外当钢绞线发生弯曲形变时，形变产生的力会作用在保护框架上，而不会直接施加在温度补偿光栅4上，同样保证温度补偿光栅4不易发生形变，从而降低外力对温度补偿光栅4的影响。

由于在预应力张拉时，钢绞线会受液压千斤顶的内部油压波动、钢绞线的在混凝土构件内部的走线布置状况、钢绞线的平直性较差等因素影响，钢绞线容易产生震动，这种震动会传递至温度补偿光栅4上，从而造成温度补偿光栅4的数据波动，从而影响应力监测的准确性，因此，为了降低钢绞线震动对温度补偿光栅4的影响，导向管61内部填充有缓冲油脂。

缓冲油脂采用高粘度的油脂，即保证缓冲油脂对温度补偿光栅4具有较好的缓冲性能，从而降低外部震动对温度补偿光栅4的干扰。

另外，由于钢绞线在预应力张拉过程中，钢丝2和中心复合筋1的长度会增大，而导向管61与中心复合筋1固定连接，就会产生温度补偿光栅4与导向管61相对位移的现象，另一方面，当液压千斤顶内部油压波动时，也会造成温度补偿光栅4瞬移的现象产生。这上述预应力张拉过程中，缓冲油脂与缓冲板64协同作用，缓冲油脂会通过缓冲板64与导向管61之间的缝隙流动，这一过程使得缓冲板64具有阻尼效果，从而避免温度补偿光栅4产生剧烈位移而造成震动。

本申请实施例中建筑用预应力结构构件的实施原理为：温度补偿光栅4能够在导向管61内移动，并且既可以沿导向管61的周向移动，也能够沿导向管61的径向移动，因此当钢绞线受到弯曲应力和张拉应力时，温度补偿光栅4不易受到外力的干扰，从而钢绞线内部温度进行精准检测，以提升应变光栅5的温度补偿精度。

实施例2

本申请实施例公开一种建筑用预应力结构构件，参照图3，建筑用预应力结构构件包括混凝土结构7以及设置在混凝土结构7内部的钢绞线，混凝土结构7可以是混凝土梁，也可以是混凝土柱等结构构件。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光纤光栅智能钢绞线，包括中心复合筋（1）和光纤（3）；所述光纤（3）设置在中心复合筋（1）内部，所述光纤（3）上设置有应变光栅（5）和温度补偿光栅（4）；其特征在于：

还包括缓冲组件（6）；所述缓冲组件（6）包括设置在中心复合筋（1）内部的导向管（61）以及设置在导向管（61）内部的缓冲板（64）；所述光纤（3）穿过导向管（61）并且所述温度补偿光栅（4）位于导向管（61）内；

所述缓冲板（64）上开设有供温度补偿光栅（4）穿过的固定孔；所述缓冲板（64）的直径大于温度补偿光栅（4）的直径，所述缓冲板（64）的周缘和导向管（61）内壁之间留有间隙；

所述缓冲板（64）设置有两个并且分别位于温度补偿光栅（4）的两端，所述缓冲板（64）与光纤（3）固定连接，所述温度补偿光栅（4）位于两个缓冲板（64）之间；

两个所述缓冲板（64）之间还设置有连接杆（65），所述连接杆（65）的两端分别与两个缓冲板（64）固定连接；所述缓冲板（64）和连接杆（65）组成保护框架，所述温度补偿光栅（4）位于保护框架的内侧；

所述导向管（61）内部填充有缓冲油脂，所述导向管（61）的两端均密封设置。

2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅智能钢绞线，其特征在于：所述导向管（61）和应变光栅（5）均位于中心复合筋（1）的中心轴线上。

3.根据权利要求2所述的一种光纤光栅智能钢绞线，其特征在于：所述导向管（61）的两端均设置有密封板（62），所述密封板（62）上开设有通孔；所述通孔内设置有保护套管（63），所述光纤（3）穿过保护套管（63）并与保护套管（63）固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种光纤光栅智能钢绞线，其特征在于：所述保护套管（63）包括硬质部分（631）和柔性部分（632）；所述硬质部分（631）与通孔滑动配合；所述柔性部分（632）位于导向管（61）内部并与缓冲板（64）固定连接。

5.一种建筑用预应力结构构件，其特征在于：包括混凝土结构（7）和权利要求1-4中任意一项所述的光纤光栅智能钢绞线，所述光纤光栅智能钢绞线设置在混凝土结构（7）内部。