[實用新型]一種用于橋梁結構健康監測的智能螺栓

有效

• 申請號: 201720109099.8
• 申請日: 2017-02-05
• 公開（公告）號: CN206469864U
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 盧冠楠;楊元海;管義軍;虞輝;孫世英;王宗仁;王文科
• 申請（專利權）人: 中交路橋建設有限公司
• 主分類號: G01B17/04
• 分類號: G01B17/04
• 代理公司: 北京兆君聯合知識產權代理事務所(普通合伙)11333
• 代理人: 初向慶

技術領域

本實用新型涉及橋梁結構健康監測領域，具體涉及一種用于監測橋梁桁架之間螺栓緊固力的裝置。

背景技術

螺栓連接作為一種通用的連接方式被廣泛應用于各工程領域當中。在鋼構橋梁等大型鋼結構工程的連接件間大量采用了螺栓連接，螺栓在循環載荷的沖擊和強迫振動的作用下會出現不同程度的松動情況，如不及時發現和處理，會導致嚴重安全隱患和重大財產損失。因此為了確保工程結構之間的螺栓在服役期間保持良好的健康狀態，就必須對工程結構進行實時健康監測，包括對螺栓的受力狀態進行監測。但螺栓的松緊程度和疲勞損傷往往難以直接判斷。

中國專利申請號201520131780.3、名稱為“一種智能螺栓”的實用新型專利，公開了一種智能螺栓的結構，其在螺栓本體上開設一通孔，將光纖光柵傳感器置于螺栓本體上的通孔內，可通過傳感器監測螺栓載荷狀態并通過有線方式傳送到監控系統。

中國期刊《預應力技術》2014年第4期公開了一篇名稱為“一種預應力監測無線智能螺栓及系統”的文獻，也提供了一種智能螺栓，在螺栓本體上設一空腔，空腔內設應變式傳感器，監測螺栓的載荷狀態并通過無線方式發送到監控系統。

上述現有技術都是將傳感器置于螺栓本體內。這種方式需要對螺栓本體結構進行改變，螺栓結構復雜，制造成本較高，通用性低，限制了螺栓的使用范圍。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種用于橋梁結構健康監測的智能螺栓，直接采用普通的螺栓并可對其受力狀態進行檢測，降低成本并方便使用。

本實用新型的技術方案如下：

一種用于橋梁結構健康監測的智能螺栓，包括螺栓頭部、螺桿和螺母，其特征在于：還包括一振弦式傳感器和一墊板，所述振弦式傳感器包括一測力鋼筒，所述測力鋼筒套裝在所述螺桿上，測力鋼筒的筒壁內部設有至少2個振弦式應變計，測力鋼筒的外壁上固定安裝一集線盒，各個振弦式應變計的信號輸出線均通往所述集線盒，并經集線盒匯集后形成用于與監控系統連接的電纜；所述墊板也套裝在螺桿上，位于所述振弦式傳感器和螺接在螺桿上的螺母之間。

本實用新型將普通螺栓與振弦式傳感器結合，通過傳感器對螺栓受力狀態進行實時監測，并通過數據線將檢測數據傳送到監控中心，從而實現每個螺栓的狀態監測，成本低，安裝使用方式靈活。在橋梁的每個重點監測部位設置一個或幾個智能螺栓，即可實現對整個橋梁結構的健康狀態實時監測。

附圖說明

圖1是本實用新型的側視結構示意圖；

圖2是振弦式傳感器的橫截面結構示意圖；

圖3是本實用新型的一種使用狀態側視圖；

圖4是本實用新型的一種使用狀態立體圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型包括螺栓頭部1、螺桿2和螺母3，還包括一振弦式傳感器4和一墊板5。如圖2所示，所述振弦式傳感器4包括一測力鋼筒41，所述測力鋼筒41套裝在所述螺桿2上，測力鋼筒41的筒壁內部設有至少2個振弦式應變計42，測力鋼筒的外壁上固定安裝一集線盒43，各個振弦式應變計的信號輸出線均通往所述集線盒43，并經集線盒匯集后形成用于與監控系統連接的電纜44。

所述墊板5也套裝在螺桿2上，位于所述振弦式傳感器4和螺接在螺桿上的螺母3之間。

振弦式傳感器常用于監測水工結構物及其它混凝土結構物、巖石邊坡、橋梁等預應力的錨固狀態。測力鋼筒的筒壁中設置的振弦式應變計，可以有2個、3個、4個或6個，均勻分布。其原理是當荷載使測力鋼筒產生軸向變形時，應變計與鋼筒產生同步變形，變形使應變計的振弦產生應力變化，從而改變振弦的振動頻率。應變計內置的電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率，頻率信號經電纜傳輸至監控系統的讀數裝置，可測出引起測力鋼筒變形的應變量，代入標定系數可算出測力鋼筒所感受到的荷載值。

在圖2所示的實施例中，測力鋼筒的筒壁內部環周向均勻設有3個振弦式應變計，3個振弦式應變計相互間夾角為120°。

大型鋼結構橋梁包含的螺栓往往以萬計，全部采用本實用新型的智能螺栓實施監控不現實，也不經濟。因此需要在使用時要優選智能螺栓的布設位置。

在本實用新型的一個應用實施例中，根據計算，選擇橋梁主梁結構受力最大、位移變化大、受動力荷載影響明顯的位置作為監控的重點。在主跨跨中、1/4、3/4斷面作為主跨監測斷面。每個斷面上選擇上下弦桿節點以及下弦桿平面中央節點共15個測點，共計45個測點。

圖3、圖4是本實用新型的一種使用狀態示意圖，螺桿2穿插在橋梁兩個相互連接的弦桿6的螺孔中，將振弦式傳感器4的測力鋼筒螺桿套裝在螺桿2上，安裝墊板5，并擰緊螺母3。當荷載使測力鋼筒產生軸向變形時，振弦式應變計的振弦產生應力變化，從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率，頻率信號經電纜傳輸至監控系統，實時獲取該螺栓的載荷值，通過所安裝的多個智能螺栓的載荷值，便可實時監測橋梁結構健康狀況。