[发明专利]基于缆索锚固区植入应变传感器实现索力在线测量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程测量领域，特别涉及一种基于缆索锚固区植入应变传感器实现索力在线测量的方法。

背景技术

斜拉桥的拉索是桥梁的核心部件，素有生命线之称，由于构造设计、环境腐蚀、疲劳积累等原因，缆索难免出现不同程度的损伤和劣化，由于大桥的线型、内力分布、荷载及缆索本身的衰退、失效乃至桥梁整体的结构安全都会集中表现在缆索的受力上，为便于掌握缆索自身以及全桥的结构安全与营运状态，及时发现事故先兆、防止突发性事故发生，对缆索索力进行在线实时监测成为一项十分重要且具有广阔前景的工作。

现有的的索力测量方法主要分为外加检测部件、内部植入检测部件两类方法。

外加检测部件方法包括压力传感器法、振频法、磁弹性法等。其中，压力传感器法中，由于承力环与传感器都承受缆索的持续性压力，永无恢复的机会，极易造成承压环及其传感器疲劳，所以使用寿命有限；振频法由于测量结果受缆索自身的长度、密度、垂度等多个边界条件影响，而钢缆索在锚固区的边界条件往往具有较大的不确定性，导致计算结果差异很大；磁弹性法则因为线圈的磁参数不仅受缆索的张力影响，还受缆索自身材料、缆索防护材料的影响，更受环境温度、湿度的影响，因此测量精度较低。

内部植入检测部件法由于使传感器与缆索融合成一整体，使缆索具备自感知索力的能力，所以又称智能缆索技术。复合筋(应变传感器)法作为智能缆索技术的典型代表，虽然具有诸多的显著进步与优势，但仍存在尚待改进之处：在缆索扭绞过程中，复合筋需与单钢丝一起扭绞，承受非常大的剪切力作用，较易造成复合筋结构、传感元件的破坏，增加现场工艺实施难度，耗时费力；缆索索身部分的实际正常工作应变值在4000με左右，而现有光纤应变传感元件的稳定应变工作区间仅在3500με以下，同时，对于索力监测系统而言，不仅需能对正常工作阶段的缆索索力进行监测，更重要的是，必须能对桥梁及缆索结构发生轻微破坏情况下的异常索力进行连续的稳定监测，而一旦桥梁结构发生变异或缆索内部分钢丝发生断裂，缆索应变会大大增加，缆索应变范围大大超出现有应变传感技术的应变工作范围，所以缆索索身部分的应变测量区间大大超出现有应变传感元件的工作区间，如果超负荷工作，不仅会影响复合筋内传感元件与复合材料粘接界面的应变传导特性，而且影响最终索力测量的精度及长期可靠、稳定性，甚至导致传感元件破坏。

终上所述，必须探寻一种适合各种情况下索力可靠测量，且工艺实现较为简单的缆索索力测量方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于缆索锚固区植入应变传感器实现索力在线测量的方法，通过在锚固区内植入长度小于锚固区轴向长度的应变传感器来测得与缆索张力对应的应变值，由对应关系实现对缆索索力的在线测量，解决了现有的植入式方法测量精度差、工作稳定性差的问题。

本发明的目的是提供一种基于缆索锚固区植入应变传感器实现索力在线测量的方法，包括以下步骤：

1)根据锚固区的尺寸、锚固区内缆索钢丝的数量，确定植入式应变传感器的待植入位置，其植入位置应保证与锚固区内缆索钢丝的方向平行；

2)根据步骤1)中待植入位置的情况，确定应变传感器的尺寸，并预制柔性条状结构应变传感器，预留足够长度的尾端引出线；

3)在缆索成缆工艺中的钢丝墩头环节结束后、锚头浇铸环节之前，将柔性条状结构的应变传感器按照预植入位置植入缆索锚固区；

4)将应变传感器的信号引出线自分丝板预留孔引出；

5)将应变传感器位置固定好后进行灌锚，添加稳定剂并进行高温固化，使应变传感器与锚固填料紧密接触固结成一体；

6)灌锚完成，待锚头浇铸固化之后对锚头进行退火处理；

7)利用缆索超张拉过程中的拉力值对传感器应变数据进行标定，建立应变传感元件的输出应变与缆索索力的关系，通过测量锚固区内的应变传感器元件的应力变化实现对缆索索力的测量。

进一步，在步骤3)中，在埋设前将应变传感器的表面进行粗化处理，使其表面具有摩擦阻力，便于与锚固填料紧密结合；

进一步，所述应变传感器外形为圆柱形或圆锥形的条状结构，而内部的传感元件设置在条状结构的轴线位置处；

进一步，在步骤3)中，所述应变传感器的待植入位置靠近分丝板的中心位置，且与锚固区轴线位置邻近的缆索钢丝平行或近似平行，且处于相邻钢丝轴线所围区域的中心或近似中心位置；

进一步，所述应变传感元件可为光纤光栅、光纤珐珀、电阻应变片或铟钢丝。

本发明的有益效果是：