[發(fā)明專利]光纖光柵FRP智能錨頭及其制作工藝

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710072450.1
• 申請(qǐng)日: 2007-07-04
• 公開（公告）號(hào): CN101093187A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周智;閆凱;何建平;歐進(jìn)萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/00
• 分類號(hào): G01N3/00;G01N19/00;G01N21/00;G01B11/16
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務(wù)所有限責(zé)任公司
• 代理人: 劉婭

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種用于FRP錨固系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)的智能錨頭，具體的說，是一種利用光纖布拉格光柵(以下稱光纖光柵)作為感知元件監(jiān)測(cè)FRP錨固系統(tǒng)受力特性的智能錨頭。

(二)背景技術(shù)

FRP材料自20世紀(jì)40年代問世以來，在航空、航天、船舶、汽車、化工、醫(yī)學(xué)和機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。近年來，F(xiàn)RP以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，開始在土木工程結(jié)構(gòu)中得以應(yīng)用，并受到工程界的廣泛關(guān)注。國外重大工程中應(yīng)用FRP相對(duì)較早，1992年，英國的Aberfeldy高爾夫球場(chǎng)，建成全FRP斜拉人行天橋；1996年，美國Kansas州建成FRP橋面板公路橋；2000年日本三島市民游泳館首先采用FRP網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。此外，已有一些高校以及科研單位致力于FRP性能和工程應(yīng)用的研究。國內(nèi)這方面的研究還剛開始，已經(jīng)初步研制出FRP筋、板、布等型材產(chǎn)品。但這些產(chǎn)品因?yàn)槿鄙馘^固系統(tǒng)的研究，使得FRP材料的優(yōu)點(diǎn)沒有得到充分發(fā)揮。這也是制約其在土木工程結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用的最大因素。在各類型材中，又以FRP筋應(yīng)用最廣，因此研究FRP筋的錨固技術(shù)，開發(fā)新型的錨頭是一個(gè)極其重要且迫需解決的課題。

FRP材料的抗剪切性能差，通常只有抗拉強(qiáng)度的1/10，傳統(tǒng)的錨具不適用。目前，F(xiàn)RP筋的錨固通常有粘結(jié)錨固和夾片錨固等兩種方法，從其力學(xué)特性看，粘結(jié)錨固具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。然而，如何有效地研究粘結(jié)式FRP錨頭內(nèi)部的內(nèi)力特性及其長期工作狀態(tài)下的安全監(jiān)測(cè)，已經(jīng)成為國內(nèi)外工程界關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段，如電阻應(yīng)變計(jì)，難以布設(shè)且其長期監(jiān)測(cè)效果無法保證、受干擾影響大、靈敏度低穩(wěn)定性差、可操作性差。

光纖光柵測(cè)試技術(shù)是基于波長信息的絕對(duì)測(cè)量技術(shù)。光纖光柵具有波長選擇性、與光纖系統(tǒng)兼容性、插入損耗低、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低廉等特性，其突出的優(yōu)點(diǎn)是：能避免電磁場(chǎng)的干擾，電絕緣性好；不受潮濕環(huán)境影響；耐久性好，能夠抵抗包括高溫(小于600℃)在內(nèi)的各種惡劣環(huán)境及化學(xué)腐蝕的能力，能夠承受振動(dòng)和沖擊的能力；質(zhì)量輕、體積小、對(duì)結(jié)構(gòu)影響小、易于布置；既可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)測(cè)量，又可以實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量；絕對(duì)測(cè)量；節(jié)省線路，只用一根光纜就可以傳輸結(jié)構(gòu)狀態(tài)信號(hào)；信號(hào)、數(shù)據(jù)可多路傳輸，便于與計(jì)算機(jī)連接，單位長度上信號(hào)衰減小；靈敏度高，精度高；頻帶寬，信噪比高等。目前光纖光柵傳感器已經(jīng)廣泛用于土木工程、航空航天、石油化工、醫(yī)學(xué)、環(huán)境工程等領(lǐng)域。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種傳感精度高、抗電磁干擾、絕對(duì)測(cè)量、穩(wěn)定性和耐久性好，具有智能感知特性的光纖光柵FRP智能錨頭及其制作工藝。

本發(fā)明的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是這樣的：它包括復(fù)合有光纖光柵的FRP筋3，錨頭1，粘結(jié)介質(zhì)4和定位環(huán)2，F(xiàn)RP筋3穿過錨頭1并在錨頭1內(nèi)部分通過定位環(huán)2固定，錨頭1內(nèi)填充有粘結(jié)介質(zhì)4，F(xiàn)RP筋3包括傳輸信號(hào)的光纖5以及感知應(yīng)變的光柵6。

本發(fā)明的產(chǎn)品還包括這樣一些技術(shù)特征：

1、所述的粘結(jié)介質(zhì)4為環(huán)氧鐵砂；

2、所述的光柵6是具有一定長度間隔的光柵串，錨頭內(nèi)光柵的分布間距隨離錨頭前端的距離增加而增大。

本發(fā)明產(chǎn)品的制備方法為：

1、在FRP筋制作過程中置入光纖光柵復(fù)合成型；

2、在錨頭外，靠近前端的位置，復(fù)合埋設(shè)1個(gè)光柵；

3、將復(fù)合有光纖光柵的FRP筋用定位環(huán)貫穿固定于錨頭中；

4、在錨頭的兩個(gè)端口，各設(shè)置1個(gè)定位環(huán)；

5、將粘結(jié)介質(zhì)澆灌入錨頭，待粘結(jié)介質(zhì)固化后，將錨頭末端的FRP筋剝出光纖，熔接傳輸信號(hào)的光纜；

6、錨頭的外表面開螺紋，用螺栓套把智能錨頭固定于設(shè)備或工程中。

本發(fā)明產(chǎn)品的制備方法還包括這樣一些技術(shù)特征：

1、所述的復(fù)合成型的過程為：計(jì)算FRP筋的下料長度，確定光纖光柵傳感器在錨固長度方向上的位置，以及各光柵的間距和波長分布，熔接光纖光柵，然后將合適長度的光纖光柵與纖維一起牽拉，采用熱擠法制成復(fù)合光纖光柵的FRP筋；

2、所述的將FRP筋固定于錨頭中的過程為：根據(jù)FRP筋直徑的不同，確定錨頭和定位環(huán)的形狀和尺寸，定位環(huán)的內(nèi)徑與FRP筋直徑相等，外徑與錨頭的內(nèi)徑相等，F(xiàn)RP筋軸線與錨頭的軸線重合，與錨頭通過螺紋連接；

3、所述的將粘結(jié)介質(zhì)澆灌入錨頭的過程為：首先配制粘結(jié)介質(zhì)環(huán)氧鐵砂，并加熱到50℃，攪拌均勻后，在15分鐘內(nèi)將環(huán)氧鐵砂澆灌入錨頭，錨頭豎向放置，旋轉(zhuǎn)擰緊定位環(huán)；

4、所述的粘結(jié)介質(zhì)固化時(shí)間為20-30小時(shí)。