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1、(10)申请公布号 CN 102146713 A (43)申请公布日 2011.08.10 CN 102146713 A *CN102146713A* (21)申请号 201010623698.4 (22)申请日 2010.12.29 E04C 5/07(2006.01) E01D 19/16(2006.01) G01K 11/32(2006.01) G01L 1/24(2006.01) (71)申请人 大连理工大学 地址 116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路 2 号 (72)发明人 何建平 周智 兰春光 黄明华 欧进萍 (74)专利代理机构 大连理工大学专利中心 21200 代理人 侯明。
2、远 (54) 发明名称 内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋 (57) 摘要 内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋， 属于安全 监测和结构材料技术领域。其特征是钢绞线和光 纤或光纤光栅沿纤维树脂长度方向平行置入 FRP 筋中， 通过拉挤成型工艺有机构成一体。 其中钢绞 线置入FRP筋中间， 光纤或光纤光栅置入FRP包层 外侧 ； 光纤或光纤光栅置入 FRP 筋的中间， 钢绞线 置入 FRP 包层外侧。本发明的效果和益处是该光 纤智能复合筋具有模量高、 耐久性好且自感知优 点， 可作为土木工程的新型材料和结构长期的监 测的传感元件广泛应用于桥梁拉索、 吊杆等工程 中。 (51)Int.Cl. (19。
3、)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 CN 102146715 A1/1 页 2 1.一种内嵌钢绞线FRP光纤智能复合筋， 包括钢绞线(2)、 光纤(1)或光纤光栅(5)、 纤 维增强树脂 FRP(3) 以及松套管 (4)， 其特征是 ： 纤维长度方向钢绞线 (2) 置入 FRP 筋中间， 一根光纤 (1) 或一根光纤光栅 (5) 置入 FRP 包层外侧 ； 一根光纤 (1) 或一根光纤光栅 (5) 置入 FRP 筋的中间， 钢绞线 (2) 置入 FRP 包层外侧 ； 一根光纤 (1) 和一根光纤光栅 (5) 同时 置入 FRP。
4、 筋中 ； 钢绞线 (2) 与光纤 (1) 或光纤光栅 (5) 平行。 2. 根据权利要求 1 所述的一种内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋， 光纤 (1) 或光纤光栅 (5) 两端部穿松套管 (4)。 3. 根据权利要求 1 和 2 所述的一种内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋， 钢绞线 (2) 置入 FRP筋包层外侧位置， 在松套管(4)位置环形切断各根钢绞线(2)， 剥出光纤 ； 钢绞线(2)置 于 FRP 筋中间位置， 先切除钢绞线 (2) 与松套管 (4) 之间的纤维， 然后截断中间钢绞线 (2) 剥出光纤 (1)。 4. 根据权利要求 1、 2 和 3 所述的一种内嵌钢绞线 FRP。
5、 光纤智能复合筋， 其特征是 ： 内 嵌钢绞线 FRP 智能筋制作成光面或表面带肋的形式， 与吊杆、 锚杆、 钢绞线以及拉索复合制 作相应的智能吊杆、 智能锚杆、 智能钢绞线和智能刚拉索。 权 利 要 求 书 CN 102146713 A CN 102146715 A1/3 页 3 内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋 技术领域 0001 本发明属于安全监测和结构材料技术领域， 涉及一种工程化高模量、 高耐久性结 构材料和结构智能监测传感元件于一体的内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋。 背景技术 0002 耐腐蚀结构材料和结构安全监测是土木工程的核心重要发展方向。目前， 具有 耐久性好、 轻质高。
6、强、 无磁性、 耐疲劳以及全过程伪弹性等特点的纤维增强树脂结构材料 (FRP) 已经在全世界范围内得到了广泛的研究和部分成功的应用。它加工成多种形式， FRP 筋代替变形钢筋或桥梁拉索钢丝、 FRP 板与混凝土结合成组合板、 管式构件等。然而， FRP 材 料的模量、 强度较低、 破坏模式无屈服台阶和破坏征兆， 严重地制约了该材料的工程应用范 围。欧进萍、 张志春、 周智等人将钢绞线内嵌 FRP 中研制开发纤维增强塑料 - 钢绞线复合筋 (ZL200610009936.6)， 提高了材料的模量和强度， 但是其自身不能感知自身的受力状态或 相应结构的受力状态。结构安全监测依赖可靠的测试手段， 传。
7、统的电测手段的耐久性和分 布式不满足工程需要。光纤传感器 ( 如准分布式光纤光栅和分布式布里渊、 拉曼等 ) 因具 有敏感元件体积小、 对结构应力场影响小、 抗电磁干扰、 耐久性好、 绝对测量以及便于实现 分布式与实时在线测试以及集传感和数据传输于一体等独特优势， 已成为重大工程结构最 为理想的安全监测传感元件。光纤与 FRP 材料具有天然的相容性， 如果将光纤传感元件与 FRP复合有望形成优良的智能结构材料材料。 欧进萍、 周智等人基于FRP封装技术研制开发 了系列光纤光栅 FRP 复合智能筋 (CN1208653C) 和光纤智能结构， 如光纤光栅智能锚头、 光 纤光栅智能钢绞线、 光纤光栅。
8、智能拉索等， 并在许多工程中得到了很好的应用。但是， 作为 结构材料的智能 FRP 依然具有模量低、 强度低的致命弱点。如果在上述基础上， 将内嵌钢绞 线的 FRP 再与光纤传感器融合， 有望将其优点集成， 回避弱点， 满足工程应用。本发明专利 拟将钢绞线、 光纤或光纤光栅置于 FRP 中， 研制工程化高模量、 高强度、 自感知的新型智能 结构材料。 发明内容 0003 本发明的目的提供了一种工程化高模量、 高耐久性结构材料和结构智能监测传感 元件于一体的内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋， 使之即可以替代钢绞线作为受力构件又可 以作为内力测试的传感智能筋使用。 0004 本发明的技术方案是将。
9、光纤或光纤光栅、 浸泡环氧树脂的纤维增强塑料以及细钢 绞线一起送入拉拔模具， 通过拉挤成型工艺制作成内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋。纤维 增强树脂 FRP 材料包裹钢绞线和光纤或光纤光栅， 其中钢绞线提高该复合筋的延性和抗拉 强度 ； 光纤或光纤光栅可以测试结构的温度和应变 ； FRP包裹钢绞线隔离腐蚀介质。 技术方 案包括如下特征 ： 0005 内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋中布设不同的光纤传感元件， 应用不同光纤传 感技术， 如光纤光栅测试技术或光纤布里渊测试技术， 测试温度和应变， 或采用局部光纤光 说 明 书 CN 102146713 A CN 102146715 A2/3 页。
10、 4 栅和全分布式布里渊共线技术实现温度和应变多参量测试。 0006 内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋作为结构的主要受力构件。钢绞线与 FRP 共同 承担荷载， 制作成各种形式， 如光面、 表面带肋形式等替代钢筋 ； 制作成吊杆或与钢绞线拉 索复合制作智能钢绞线或智能钢拉索。 0007 内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋中光纤或光纤光栅置于智能筋的中间， 钢绞线 周向布设在智能筋内部外侧位置 ； 或钢绞线置于 FRP 筋的中间， 同时在 FRP 筋包层， 即钢绞 线外围平行布设一根或两根光纤敏感元件 ； FRP 筋与钢绞线通过热处理工艺形成整体， 协 同变形能力好。FRP 拉断剥离前， FR。
11、P 与钢绞线共同承担荷载 ； FRP 拉断剥离后， 钢绞线独自 承担荷载 ； 同时在整个服役期间， 通过光纤感知构件的温度和应力 ； 0008 在 FRP 筋中， 光纤首末端穿套一定长度的松套管， 且至少长于钢绞线 50cm， 便于 光纤跳线制作， 光纤长度要长于钢绞线。钢绞线置入 FRP 筋包层外侧位置， 在松套管位置环 形切断各个钢绞线， 剥出光纤制作跳线 ； 钢绞线置于 FRP 筋中间位置， 先切除钢绞线与松套 管之间的纤维， 然后截断中间钢绞线剥出光纤制作跳线。 0009 本发明的效果和益处是内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋把纤维增强塑料的优良 力学特性、 防腐耐久、 抗电磁场干扰、。
12、 钢绞线塑性以及光纤传感技术有机结合起来， 即可以 作为土木工程的新型材料由可作为结构长期的监测的传感元件， 克服了 FRP 材料作为受力 构件使用无塑性变形的征兆以及结构内力测试困难的问题， 可广泛用于桥梁拉索、 吊杆等 工程中。 附图说明 0010 图 1 是置入一根光纤的内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋的结构示意图。 0011 图中 ： (a)钢绞线置入FRP中间， 光纤置入FRP筋外侧 ； (b)钢绞线置入FRP筋外侧 位置， 一根光纤置入 FRP 筋中间位置。 0012 图 2 是置入一根光纤光栅的内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋的结构示意图。 0013 图中 ： (a)钢绞线置。
13、入FRP中间， 光纤光栅置入FRP筋外侧 ； (b)钢绞线置入FRP筋 外侧位置， 一根光纤光栅置入 FRP 筋中间位置。 0014 图3是置入一根光纤和一根光纤光栅的内嵌钢绞线FRP光纤智能复合筋的结构示 意图。 0015 图中 ： (a)钢绞线置入FRP中间， 光纤和光纤光栅置入FRP筋外侧 ； (b)钢绞线置入 FRP 筋外侧位置， 光纤和光纤光纤光栅置入 FRP 筋中间位置。 0016 图 1 图 3 中 ： 1 光纤 ； 2 钢绞线 ； 3 纤维增强树脂 FRP ； 4 松套管 5 光纤光栅。 具体实施方式 0017 以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。 0018 图。
14、 1 图 3 是系列内嵌钢绞线 FRP 光纤智能复合筋结构示意图， 以下简称智能筋。 该智能筋通过热拉挤成型工艺制作， 包括 1 光纤和 5 光纤光栅、 3 纤维增强树脂 FRP、 2 钢绞 线以及 4 松套管。图 1 中， 智能筋中置入一根 1 光纤， 2 钢绞线置入智能筋的中间位置或外 侧位置 ； 图2中， 智能筋中置入5光纤光栅， 2钢绞线置入智能筋的中间位置或外侧位置 ； 图 3 中， 智能筋中置入一根 1 光纤和一根 5 光纤光栅， 2 钢绞线置入智能筋的中间或外侧位置。 说 明 书 CN 102146713 A CN 102146715 A3/3 页 5 考虑到智能筋成型过程中2钢。
15、绞线压断1光纤或5光纤光栅， 1光纤或5光纤光栅与钢绞线 两者间距大于1.5mm， 2钢绞线或光纤敏感元件距3纤维增强树脂FRP外层大于1mm， 即3纤 维增强树脂 FRP 保护层大于 1mm。具体实施的时候， 根据 2 钢绞线与 3 纤维增强树脂 FRP 的 截面积比， 确定2钢绞线的根数以及2钢绞线在智能复合筋中的位置， 将2钢绞线、 3纤维增 强树脂 FRP 以及 1 光纤或 5 光纤光栅穿过定位分丝板， 通过拉挤热成型内嵌钢绞线 FRP 光 纤复合智能筋。2 钢绞线置入 FRP 筋包层外侧位置， 在 4 松套管位置环形切断各个钢绞线， 剥出 1 光纤制作跳线 ； 2 钢绞线置于 FRP 筋中间位置， 先切除 2 钢绞线与 4 松套管之间的纤 维， 然后截断中间钢绞线， 然后剥出 1 光纤制作跳线。 说 明 书 CN 102146713 A CN 102146715 A1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102146713 A CN 102146715 A2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 102146713 A 。