智慧钢绞线拉索的热铸锚及制作方法与流程

1.本发明涉及工程用拉索技术领域，特别是涉及一种智慧钢绞线拉索的热铸锚及制作方法。


背景技术：

2.体育场馆等建筑多是采用拉索的支撑结构，一套拉索系统需要多副索体及索体两端的锚具配合承受支撑力。由于任何建筑都需要考虑到安全问题，因此拉索系统支撑的建筑，使得的拉索系统安全性就显得尤为重要，这就需要对整个拉索系统进行受力状况检测。
3.目前针对热铸型的拉索，常用的监测方法有：压力环监测方法、磁通量传感器监测方法以及液压传感器监测方法等。但是对拉索系统的受力监测是一项需长期测量并实时监测的工作，需要考虑监测器件的耐久性、存活率和稳定性。
4.现有的监测器大都属于锚具外加件，成本较高，安装后体积增大。随着技术的发展，光纤光栅逐渐运用于平行钢丝索的监测中，但在钢绞线捻制过程中很可能发生横向挤压，对光纤造成破坏或导致监测数据不准确，在热铸锚的制作过程中，热铸锚温度高，采用哪种耐高温措施来保护光纤光栅也是难点。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对现有的钢绞线捻在制过程中，光纤光栅有可能发生横向挤压，对光纤造成破坏或导致监测数据不准确的问题，提供一种智慧钢绞线拉索的热铸锚及制作方法。
6.本发明提供了一种智慧钢绞线拉索的热铸锚，包括光纤索体以及固定在所述光纤索体一端的锚杯，还包括：
7.钢丝，所述钢丝的一端位于所述光纤索体，另一端位于所述锚杯中，且所述钢丝上沿平行于所述光纤索体的轴向设置有凹槽；
8.检测件，所述检测件的一端位于所述凹槽内，另一端位于所述锚杯上的空腔中，且所述检测件的直径小于所述凹槽内腔沿所述钢丝径向的尺寸。
9.上述智慧钢绞线拉索的热铸锚，通过将检测件设置在钢丝上的凹槽内，此时检测件与钢丝协同变形，直接反应出了缆索的受力状况，避免了传统间接检测手段中存在的误差问题，同时通过凹槽对检测件进行保护，且凹槽内腔沿钢丝径向的尺寸大于检测件的直径，进而避免了凹槽对检测件发送横向挤压，即有效避免了外部因素对检测件造成不必要的损伤，确保了监测数据的准确性。
10.在其中一个实施例中，所述检测件包括光纤光栅，所述光纤光栅上设置有光纤线，所述光纤光栅和所述光纤线的同一端均位于所述凹槽中。
11.在其中一个实施例中，所述凹槽的内壁设置有隔热层，所述光纤光栅的一端包裹于所述隔热层中。
12.在其中一个实施例中，所述光纤光栅的直径小于所述隔热层沿所述钢丝径向的内
径。
13.在其中一个实施例中，所述光纤光栅的外侧壁设置有防火阻燃层。
14.在其中一个实施例中，所述防火阻燃层的外侧壁设置有硅胶纤维套管。
15.在其中一个实施例中，所述光纤线的外侧壁设置有一层环氧树脂胶。
16.本发明还提供了一种智慧钢绞线拉索的热铸锚制作方法，用于如本技术实施例描述中任意一项所述智慧钢绞线拉索的热铸锚，该方法包括：
17.在钢丝上沿轴向设置凹槽，同时在凹槽的内壁设置隔热层；
18.将光纤光栅的一端放置在凹槽中，此时光纤光栅朝向凹槽的一端包裹于所述隔热层中；
19.将光纤光栅和钢丝一同放入锚杯中，同时在锚杯上的浇铸段内注入锌液，以使得光纤光栅、钢丝以及锚杯一体化。
20.在其中一个实施例中，在将光纤光栅的一端放置在凹槽中之前，该方法还包括：
21.在所述光纤光栅的侧壁上喷涂防火阻燃层。
22.在其中一个实施例中，在所述光纤光栅的侧壁上喷涂防火阻燃层之后，该方法还包括：
23.在所述防火阻燃层外侧设置硅胶纤维套管。
附图说明
24.图1为本发明一实施例提供的智慧钢绞线拉索的热铸锚的结构示意图；
25.图2为图1的钢丝和光纤光栅的连接示意图；
26.图3为图1中的光纤光栅的截面示意图；
27.图4为图1中的光纤光栅的示意图；
28.图5为图1的立体图。
29.图中标记如下：
30.10、光纤索体；20、锚杯；201、浇铸段；30、钢丝；40、光纤光栅；401、光纤线；4011、环氧树脂胶；402、防火阻燃层；403、硅胶纤维套管。
具体实施方式
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
34.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
37.如图1并结合图5所示，本发明一实施例中，提供了一种智慧钢绞线拉索的热铸锚，包括光纤索体10以及固定在光纤索体10一端的锚杯20，还包括：钢丝30和检测件，其中，钢丝30的一端位于光纤索体10，另一端位于锚杯20中，且钢丝30上沿平行于光纤索体10的轴向设置有凹槽，检测件的一端位于凹槽内，另一端位于锚杯20上的空腔中，且检测件的直径小于凹槽内腔沿钢丝30径向的尺寸。
38.采用上述技术方案，通过将检测件设置在钢丝上的凹槽内，此时检测件与钢丝协同变形，直接反应出了缆索的受力状况，避免了传统间接检测手段中存在的误差问题，同时通过凹槽对检测件进行保护，且凹槽内腔沿钢丝径向的尺寸大于检测件的直径，进而避免了凹槽对检测件发送横向挤压，即有效避免了外部因素对检测件造成不必要的损伤，确保了监测数据的准确性。
39.在一些实施例中，如图4并结合图1、图2所示，本技术中的检测件包括光纤光栅40，该光纤光栅40上设置有光纤线401，光纤光栅40和光纤线401的同一端均位于所述凹槽中。
40.光纤光栅技术是利用紫外曝光技术在光纤芯中引起折射率的周期性变化而形成的。光纤光栅中折射率分布的周期性结构，导致某一特定波长光的反射，从而形成光纤光栅的反射谱。光纤光栅应力传感器通常是将光纤光栅附着在某一弹性体上，同时进行保护封装。反射光的波长对温度、应力和应变非常敏感，当弹性体受到压力时时,光纤光栅与弹性体一起发生应变，导致光纤光栅反射光的峰值波长漂移，通过对波长漂移量的度量来实现对温度、应力和应变的感测，从而就可以对拉索内的钢丝进行监测。
41.在一些实施例中，由于光纤光栅40本身纤细质脆，抗剪能力差，在热铸锚的过程中需要承受500℃以上的高温，高温使的光纤脆性和抗剪力更差，因此，在热铸锚前需要在凹槽的内壁设置有隔热层，光纤光栅40的一端包裹于隔热层中。
42.上述隔热层选用环氧树脂胶，环氧树脂胶一般是指以环氧树脂为主体所制得的胶
粘剂，环氧树脂胶一般还需要加入环氧树脂固化剂使其固化。在使用时，首先用干绵布或砂纸将凹槽内壁的灰尘、油污、铁锈等除去，再以丙酮或三氯乙烯等清洗剂擦拭，以清洁凹槽内壁；然后拧开前盖，按说明的取重量比例a剂 的b剂充分搅拌均匀即可使用(a:b＝2:1)；为了保证使用的效果，也可抽了真空再进行使用，同时为了避免材料浪费，在可操作时间内争取用完内搅拌后的环氧树脂胶，否则会凝固，24小时后可得到最高强度；环氧树脂胶配方环氧树脂ab胶是由环氧树脂为基的双组分耐高温胶粘剂，主要适用于耐高温金属、陶瓷等的胶接。
43.在一些实施例中，为了避免凹槽内隔热层对光纤光栅40的挤压，进而导致光纤光栅40出现破损，本技术的光纤光栅40的直径小于隔热层沿钢丝30径向的内径。
44.当给凹槽内壁喷涂隔热层时，必须确保隔热层沿钢丝30径向的内径大于光纤光栅40的直径，即当光纤光栅40伸入到凹槽内后，光纤光栅40与喷涂隔热层后的凹槽为间隙配合，这样凹槽就不会对光纤光栅40产生加压，从而避免了光纤光栅40出现破损。
45.在一些实施例中，如图3所示，本技术中在光纤光栅40的外侧壁设置有防火阻燃层402，该防火阻燃层402选用低烟无卤阻燃聚烯烃隔氧料，低烟无卤阻燃聚烯烃隔氧料是以聚烯烃等高分子材料为主要基材，含有特征无卤阻燃剂、消烟剂，经特殊配方精密混炼加工而成。它的阻燃体系就有优良的阻燃性，不但氧指数高，而且具有极好的隔热及隔氧性。燃烧时无卤酸气体放出，毒性和腐蚀性气体释放量极少，产生的烟雾浓度极低，阻燃效果极佳。该低烟无卤阻燃聚烯烃隔氧料不但使光纤光栅具有优异的阻燃性能，燃烧时放出的烟雾量极低，无腐蚀气体，还具有良好的挤塑加工性能，可在普通pvc挤塑机上挤出加工，只要冷却装置正常。若采用低圧缩比螺杆，挤塑效果更佳，适合于要求无卤、低腐蚀的阻燃场所。
46.需要说明的是，本技术实施例中的防火阻燃层选用低烟无卤阻燃聚烯烃隔氧料的种类仅为示例，在其他可替代的方案中，也可以采用其它种类，例如，防火阻燃层选用阻燃橡胶。本技术对防火阻燃层的具体种类不作特殊限制，只要上述结构能实现本技术的目的便可。
47.在一些实施例中，如图3所示，本技术在防火阻燃层402的外侧壁设置有硅胶纤维套管403。该硅胶纤维套管403选用硅树脂玻璃纤维套管，从而可以有效提高整体光纤光栅40的耐高温性能。
48.需要说明的是，本技术实施例中的硅胶纤维套管选用硅树脂玻璃纤维套管的结构仅为示例，在其他可替代的方案中，也可以采用其它结构，例如，硅胶纤维套管选用2752/2751硅橡胶玻纤绝缘套管。本技术对硅胶纤维套管的具体种类不作特殊限制，只要上述结构能实现本技术的目的便可。
49.在一些实施例中，如图4所示，本技术在光纤线401的外侧壁设置有一层环氧树脂胶4011，在光纤线401上设置环氧树脂胶4011，由于环氧树脂胶4011本身具有抗高温性能，从而可以避免在热铸锚的时候，光纤线401受到在高温的损坏。
50.本发明还提供了一种智慧钢绞线拉索的热铸锚制作方法，用于如本技术实施例描述中任意一项智慧钢绞线拉索的热铸锚，参考图1所示，该方法包括：
51.步骤一：在钢丝30上沿轴向设置凹槽，同时在凹槽的内壁设置隔热层；
52.步骤二：将光纤光栅40的一端放置在凹槽中，此时光纤光栅40朝向凹槽的一端包裹于隔热层中；
53.步骤三：将光纤光栅40和钢丝30一同放入锚杯20中，同时在锚杯20上的浇铸段201内注入锌液，以使得光纤光栅40、钢丝30以及锚杯20一体化。
54.采用该方法，通过将光纤光栅设置在钢丝上的凹槽内，然后再锚杯上的浇铸段内注入锌液，从而可以使得光纤光栅固定并同时受力，进而光纤光栅与钢丝协同变形，直接反应出了缆索的受力状况，避免了传统间接检测手段中存在的误差问题，同时通过凹槽对光纤光栅进行保护，且凹槽内腔沿钢丝径向的尺寸大于光纤光栅的直径，避免了凹槽对光纤光栅发送横向挤压，即有效避免了外部因素对光纤光栅造成不必要的损伤，确保了监测数据的准确性。
55.在一些实施例中，上述在将光纤光栅的一端放置在凹槽中之前，该方法还包括：在光纤光栅的侧壁上喷涂防火阻燃层。该防火阻燃层选用低烟无卤阻燃聚烯烃隔氧料，低烟无卤阻燃聚烯烃隔氧料是以聚烯烃等高分子材料为主要基材，含有特征无卤阻燃剂、消烟剂，经特殊配方精密混炼加工而成。它的阻燃体系就有优良的阻燃性，不但氧指数高，而且具有极好的隔热及隔氧性。燃烧时无卤酸气体放出，毒性和腐蚀性气体释放量极少，产生的烟雾浓度极低，阻燃效果极佳。该低烟无卤阻燃聚烯烃隔氧料不但使光纤光栅具有优异的阻燃性能，燃烧时放出的烟雾量极低，无腐蚀气体，还具有良好的挤塑加工性能，可在普通pvc挤塑机上挤出加工，只要冷却装置正常。若采用低圧缩比螺杆，挤塑效果更佳，适合于要求无卤、低腐蚀的阻燃场所。
56.需要说明的是，本技术实施例中的防火阻燃层选用低烟无卤阻燃聚烯烃隔氧料的种类仅为示例，在其他可替代的方案中，也可以采用其它种类，例如，防火阻燃层选用阻燃橡胶。本技术对防火阻燃层的具体种类不作特殊限制，只要上述结构能实现本技术的目的便可。
57.进一步地，为了使得光纤光栅整体具有耐高温性能，本技术在光纤光栅的侧壁上喷涂防火阻燃层之后，该方法还包括：在防火阻燃层外侧设置硅胶纤维套管，该硅胶纤维套管选用硅树脂玻璃纤维套管，从而可以有效提高整体光纤光栅的耐高温性能。
58.需要说明的是，本技术实施例中的硅胶纤维套管选用硅树脂玻璃纤维套管的结构仅为示例，在其他可替代的方案中，也可以采用其它结构，例如，硅胶纤维套管选用2752/2751硅橡胶玻纤绝缘套管。本技术对硅胶纤维套管的具体种类不作特殊限制，只要上述结构能实现本技术的目的便可。
59.综上所述，本发明在使用时：
60.首先在钢丝上沿轴向设置凹槽，随后在凹槽内壁喷涂隔热层，然后在光纤光栅的外侧喷涂防火阻燃层，最后在涂防火阻燃层外侧套设硅胶纤维套管，同时在光纤光栅上的光纤线的外侧喷涂环氧树脂胶，此时再把光纤光栅的一端放入到凹槽中，光纤光栅与喷涂隔热层后的凹槽为间隙配合，这样凹槽就不会对光纤光栅产生加压，光纤光栅与钢丝协同变形，直接反应出了缆索的受力状况，避免了传统间接检测手段中存在的误差问题，同时通过凹槽对光纤光栅进行保护，且凹槽内腔沿钢丝径向的尺寸大于光纤光栅的直径，进而避免了凹槽对光纤光栅发送横向挤压，即有效避免了外部因素对光纤光栅造成不必要的损伤，确保了监测数据的准确性；
61.本技术经过多次反复的张拉试验标定智慧索监测数据，试验机的实际张拉力值和荷载曲线与光纤智慧索读取到的索力及荷载曲线偏差范围小于1％，非常适合应用在大跨
度空间索结构的健康监测上，能提高监测数据的精度，在索力超出设计值时能够及时预警。
62.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
63.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。