[发明专利]具有自监测功能的复合材料智能锚具及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型建筑复合材料锚具和传感器技术领域，尤其涉及一种具有自监测功能的复合材料智能锚具及其制备方法。

背景技术

传统的钢绞线锚具是用钢铁材料制成的；其缺点是容易锈蚀。

新型的FRP(Fiber Reinforced Polymer，纤维增强高分子材料)预应力筋材和绳材用于预应力混凝土，解决了锈蚀问题，其关键技术在于采用了同样不会锈蚀的FRP质锚具。《一种FRP制筋材锚具》(专利申请号：200920289624.4；专利申请日：2009年12月29日)满足了这方面的工程需求。

现有的预应力钢绞线挤压锚具和其它锚具，存在无法直接应用于预应力筋或绳索的锚具来检查和监测建筑结构的受力状况问题。

现阶段，应用较多的传统传感器有电阻应变片和震弦传感器，均属于外贴式传感器，它们除了在稳定性、耐久性及测量精度上远不能满足对锚具在工程结构中的受力状况进行长期在线监测的需要外，测试时传感器在复合材料锚具上的布设也很不方便，无法大规模应用于建筑结构的自监测与监控。

光纤智能型复合材料锚具传感器的出现为解决预应力工程结构锚具的长期监测问题提供了一种新的途径。它可以测量如应变、应力、温度、抗剪和抗压强度等很多物理量；与传统的电测式传感器相比，它有许多的优点：稳定性好、耐腐蚀、抗电磁干扰、不需对传感器施加电能、体积小、重量轻、精度高等。但是裸光纤和套管式光纤比较脆，极易折断，给布设带来了很大难题。为解决这一问题，如何在不改变光纤传感器优良的传感性能的前提下对光纤进行封装，同时又能方便地使用十分必要。国内外不少学者都对光纤传感器的封装技术做过研究，如将传感器封装于薄金属套管中或是埋于FRP片材层间，再粘贴在锚具上进行捡测，但封装后的传感器粘贴的牢固性、稳定性、耐久性还有待研究，生产工艺还不成熟，无法实现大规模的生产和使用。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种具有自监测功能的复合材料智能锚具及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

主要是将传感器和锚具融合为一体，达到既有锚固功能又有传感器功能的目的。

本智能锚具中因设置有分布式光纤作为传感器，使锚具成为一种智能锚具。该智能锚具不是简单的两种功能的复合，而是赋予锚具一种前所未有的功能。在这以前，只能采用附着式的检测，得到构件表面的物理参数。而本发明赋予构件感知内部应力、应变、温度等物理量的能力；而且，由于光线很细，在测量构件(锚具)内部物理量的时候，对内部物理场的影响甚微。这是传感器技术的一种新的突破。

具体地说，本发明包括智能锚具及其制备方法。

一、一种具有自监测功能的复合材料智能锚具(简称智能锚具)

本智能锚具包括包括传感光纤、锚杯和夹片；

夹片和锚杯沿中轴线内外连接，在锚杯和夹片内分别埋设有传感光纤。

二、一种具有自监测功能的复合材料智能锚具的制备方法(简称制备方法)

本制备方法包括下列步骤：

①备模和备料；

②将备料在树脂中浸透；

③填模；

④合模；

⑤脱模打磨；

⑥焊接传感光纤的连接端口。

本发明的工作原理：

因为是将传感光纤与碳纤维、玄武岩纤维无捻粗纱一起浸渍高强树脂后再挤压成型为复合材料锚具，传感光纤“埋入”于锚具的芯材中心，其中锚具两端预留出一定长度的光纤以备和外接光缆相连接，光缆成为测试仪器的连接线，这种传感光纤因为其布里渊散射或拉曼散射频率与温度或应变呈线性关系，所以可以通过检测散射光而测量温度或应力、应变等物理量，从而形成一种具有自监测、自诊断功能的智能型复合材料锚具。它具有优良的力学和传感性能，能够适应酸碱盐等各种恶劣环境条件。

本发明具有下列优点和积极效果：

①本发明具有锚具的承载能力，其本身具有较高的抗拉强度和抗压强度，又实现了预应力锚具的智能化，在施工和使用中可以对锚具部位进行实时监测和连续监视，达到便于检测、保证建筑物施工过程和使用阶段的安全，并在达到设计寿命以后，便于判断是否可以延长使用的目的。

②与粘贴电阻应变片和震弦传感器、光纤光栅传感器等相比，本智能锚具结构简单，制造成本低。

③在建筑结构施工中，安全可靠，耐久性好，灵活性强。

④用于预应力混凝土结构中预应力筋的锚固；广泛适用于房屋建筑、桥梁、地下结构、坑道、矿井、隧道、边坡等建筑中。

附图说明：

图1.1是本智能锚具的结构示意图(主视)；