[發明專利]一種光纖橋梁拉索銹蝕監測傳感器

無效

• 申請號: 201310204783.0
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103323038A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 趙雪峰;李冬生;孫長森;歐進萍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G01B11/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術領域

本發明屬于土木工程橋梁結構安全監測領域，涉及到橋梁拉索銹蝕監測的一種光纖監測傳感器。

背景技術

橋梁拉索將橋面系荷載傳遞給塔（主拱），橋面系荷載包括橋面自重的恒荷載和車輛、風及溫度等荷載，拉索在活荷載作用下將產生疲勞效應，導致疲勞累積損傷；此外，由于拉索橋梁是超靜定結構，其它構件的變形和損傷也會導致橋梁拉索受力狀態的變化，如湯國棟的檢測結果表明，設計和成橋時受力基本相同的拉索在服役8年后，最長拉桿的內力與最短拉索內力相差20余倍，這就使拉索的服役安全存在著相當大的隱患。另外，拉索暴露在大氣環境中，雨水和污染空氣（包括車輛尾氣）的侵蝕將導致拉索應力銹蝕。通過目前橋梁檢測結果分析，銹蝕是橋梁拉索最普遍、最嚴重損傷的形式。橋梁拉拉索損傷發生的部位包括橋梁拉索索體和錨頭，一般錨頭比橋梁拉索的索體損傷嚴重，下錨頭比上錨頭嚴重。

橋梁拉索銹蝕損傷與拉索的防護措施有關。我國早期建造的拉索橋梁常采用預應力或部分預應力拉索，這類拉索主要是通過混凝土來避免鋼筋銹蝕；第二類是采用不銹鋼套管防護，不銹鋼套管內澆注混凝土或砂漿；第三類是近年常采用的熱擠PE套。早期的錨頭常采用混凝土進行封錨；也有采用鋼套筒，然后澆注混凝土或采用其它密封材料進行封錨。導致拉索發生銹蝕的主要原因有：

1)灌注砂漿及鋼套管結合不密實造成鋼絞線與外界接觸，空氣中的水分和酸性物質與鋼絞線發生化學反應，導致鋼絞線銹蝕；

2)封錨混凝土不密實或開裂造成積水進入拉索并沿鋼絞線束間隙滲入鋼絞線內部造成其銹蝕，且中絲較外絲銹蝕嚴重；

3)錨頭防護缺陷使空氣、雨水與錨具、墊板等直接接觸而產生銹蝕，并延伸銹蝕至鋼絞線；

4)?鋼絞線與套管摩擦損傷表面氧化膜加速其銹蝕。

隨著服役時間的增加，在應力作用下，拉索的銹蝕程度將不斷累積，鋼絞線（平行鋼絲）的承載斷面將不斷削弱，極端的情況下，拉索將發生斷裂，如建于1969年至1974年德國漢堡庫爾不蘭特橋，由于斜拉索銹蝕嚴重，在建成的第三年，就更換了所有的斜拉索，耗資6000萬美元，而換索的造價為新建的3～4倍。

目前橋梁拉索銹蝕損傷檢測的方法有：1）人工檢測方法：主要是檢查索系統是否遭受銹蝕，各緊固件是否松動，索體是否有傾斜；優點是定性地直觀檢查；缺點是檢測費人力物力，檢查范圍有限且檢測結果為定性難滿足評定要求，對突發性事故無法實現及時檢測與監測。2）超聲波檢測方法：主要用來檢測平行鋼絲或者鋼絞線表面裂紋、銹坑，但由于拉索索體由多根平行鋼絲或者鋼絞線組成，截面形狀復雜、銹蝕損傷位置不確定，超聲波僅僅能檢測表面缺陷，此外，錨頭形狀復雜，超聲波檢測存在較大的盲區。3）放射線檢測法：可以檢測拉索內部損傷和缺陷，能較準確地得到拉索索體內部的銹蝕和斷絲以及滑絲等損傷，但檢測錨頭精度不高，缺點是為了屏蔽對人體的輻射，射線裝置往往較大。4）電化學檢測方法：電化學檢測主要針對單根鋼筋或者鋼絞線，對多根平行鋼絲或者鋼絞線組成的拉索其檢測效果欠佳，尤其現在的評定方法基本上是根據電位差的范圍定性判斷拉索的銹蝕狀況，沒有辦法進行定量和實時測試。因而發展高精度、布設方便、實時監測的橋梁拉索銹蝕監測傳感器具有重要的意義。

針對上述問題，為了實現橋梁拉索索體、特別是錨頭銹蝕的高耐久性、高精度、實時監測。本發明提出一種基于光纖布里淵與白光干涉兩種光纖傳感技術的拉索銹蝕定量監測方法，實現對錨頭以及與錨頭相連接的索體易銹蝕位置的銹蝕監測。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種光纖橋梁拉索銹蝕監測傳感器。應用基于光纖布里淵傳感技術的光纖傳感結構與基于光纖白光干涉傳感技術的光纖傳感結構，實現對拉索錨頭內部單根鍍鋅鋼絲測點以及索體鋼絲束易產生銹蝕位置的銹蝕定量監測。該銹蝕監測方法以纏繞在鋼絲束外表面或加砂漿墊層的鍍鋅鋼絲外表面的單模光導纖維作為傳感單元，可以實現對銹蝕引起的鋼絲束或單根鍍鋅鋼絲周向銹蝕膨脹應變的長期，穩定監測。

本發明的技術方案是：