大量程frp內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)構(gòu)材料的耐腐蝕和結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)一直是土木工程領(lǐng)域的重要研究和發(fā)展方向。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic，簡(jiǎn)稱FRP)以其優(yōu)異的耐腐蝕性、輕質(zhì)高強(qiáng)、無(wú)磁性、熱膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)在土木工程領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。然而，F(xiàn)RP材料具有低模量、低剪切強(qiáng)度、脆性破壞的缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了其進(jìn)一步的推廣。在專利號(hào)為CN200610009936.6，專利名稱為:纖維增強(qiáng)塑料鋼絞線復(fù)合筋的專利文獻(xiàn)中，其公布了將鋼絞線內(nèi)嵌FRP材料中得到了纖維增強(qiáng)塑料鋼絞線復(fù)合筋，該復(fù)合筋在一定程度上彌補(bǔ)了FRP材料的上述不足。但是，其自身并不具備感知自身受力狀態(tài)或相應(yīng)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的功會(huì)K。
[0003]光纖傳感技術(shù)以穩(wěn)定性優(yōu)異、耐久性優(yōu)良、靈敏度高、抗電磁干擾、便于分布式測(cè)量、集數(shù)據(jù)傳輸和傳感于一體以及與FRP材料極易復(fù)合等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在土木工程的健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在專利號(hào)為CN201010623698.4，專利名稱為內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋的專利文獻(xiàn)中，其公布了將光纖傳感器與纖維增強(qiáng)塑料鋼絞線復(fù)合筋復(fù)合而得到的內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋，但上述智能筋中光纖傳感器與FRP材料中的纖維平行排布，智能筋的應(yīng)變與光纖傳感器的應(yīng)變相等，而光纖傳感器的極限應(yīng)變要小于FRP材料的極限應(yīng)變，即在受力狀態(tài)下，F(xiàn)RP筋體還未破壞，光纖傳感器就已失效，這將直接導(dǎo)致智能筋體的整體極限應(yīng)變受限于光纖傳感器的極限應(yīng)變。光纖傳感器的極限應(yīng)變只有I X 104με左右，無(wú)法滿足大量程監(jiān)測(cè)的需求，這一缺點(diǎn)直接限制了智能筋在土木工程中的應(yīng)用。
[0004]故一種工程化高模量、抗剪切并且可以滿足大量程監(jiān)測(cè)的需求的大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋及其制備方法亟待提出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋及其制備方法，本發(fā)明大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋具有工程化高模量、抗剪切的優(yōu)點(diǎn)并且可以滿足大量程監(jiān)測(cè)的需求，適合大范圍的推廣。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋，包括:鋼絞線、光纖或光纖光柵以及由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的包裹層，鋼絞線設(shè)置于大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋的中心，沿鋼絞線的長(zhǎng)度方向光纖或光纖光柵呈螺旋形纏繞于鋼絞線上，在光纖或光纖光柵的外側(cè)包覆有包裹層。
[0008]本發(fā)明大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，其采用將光纖或光纖光柵呈螺旋形纏繞于鋼絞線上，再在光纖或光纖光柵的外側(cè)包覆由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的包裹層。鋼絞線作為光纖或光纖光柵的排列基體的同時(shí)提高了大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋的延性和抗剪能力。而采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的包裹層，可以有效起到防腐以及保護(hù)光纖或光纖光柵的作用。在大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋受力的狀態(tài)下，光纖光柵傳感器測(cè)得的應(yīng)變小于大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋的軸向應(yīng)變，其增大了本發(fā)明大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋的量程。
[0009]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還可做如下改進(jìn):
[0010]作為優(yōu)選的方案，在包裹層的表面帶有肋。
[0011 ]采用上述優(yōu)選的方案，根據(jù)具體的情況進(jìn)行制作。
[0012]作為優(yōu)選的方案，包裹層的表面呈光滑的圓柱形。
[0013]采用上述優(yōu)選的方案，根據(jù)具體的情況進(jìn)行制作。
[0014]作為優(yōu)選的方案，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的一種。
[0015]采用上述優(yōu)選的方案，根據(jù)具體的情況對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行選擇。
[0016]作為優(yōu)選的方案，包裹層的厚度不小于1_。
[0017]采用上述優(yōu)選的方案，保護(hù)光纖或光纖光柵不被磨損。
[0018]作為優(yōu)選的方案，在光纖或光纖光柵兩端的尾纖穿有白套管。
[0019]采用上述優(yōu)選的方案，便于制作光纖跳線。
[0020]大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋制備方法，包括以下具體步驟:
[0021]SI沿鋼絞線的長(zhǎng)度方向?qū)⒐饫w或光纖光柵呈螺旋形纏繞于鋼絞線上并固定，形成待加工品；
[0022]S2將待加工品的表面涂覆有纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；
[0023]S3將表面涂覆有纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的待加工品通過(guò)成型板的成型孔拉擠成型，形成大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋。
[0024]本發(fā)明一種大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋制備方法，工藝簡(jiǎn)單，成本低。
[0025]作為優(yōu)選的方案，步驟SI具體包括以下步驟:
[0026]S1.1將光纖或光纖光柵兩端的尾纖穿入白套管并固定；
[0027]S1.2沿鋼絞線的長(zhǎng)度方向?qū)⒐饫w或光纖光柵呈螺旋形纏繞于鋼絞線上并固定；
[0028]S1.3在光纖或光纖光柵兩端的尾纖的白套管穿入鎧裝線并固定，形成待加工品。
[0029]采用上述優(yōu)選的方案，便于制作光纖跳線。
[0030]作為優(yōu)選的方案，制備方法還包括以下步驟:
[0031]S4在大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋上依次環(huán)向切斷包裹層、鎧裝線、白套管，撥出光纖制作跳線。
[0032]采用上述優(yōu)選的方案，便于制作光纖跳線。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋的結(jié)構(gòu)示意圖之
O
[0034]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋的剖視圖之一。
[0035]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋的結(jié)構(gòu)示意圖之--O
[0036]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋的剖視圖之二。
[0037]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋的原理圖。
[0038]其中:I包裹層;2鋼絞線;3光纖;4鎧裝線;5白套管;6光纖光柵。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
[0040]為了達(dá)到本發(fā)明的目的，大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋及其制備方法的其中一些實(shí)施例中，
[0041]如圖1-4所示，大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋，包括:鋼絞線2、光纖3或光纖光柵6以及由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的包裹層I。在以下實(shí)施例中，大量程FRP內(nèi)嵌鋼絲復(fù)合光纖智能筋簡(jiǎn)稱智能筋。
[0042]鋼絞線2設(shè)置于智能筋的中心，沿鋼絞線2的長(zhǎng)度方向光纖3或光纖光柵6呈螺旋形纏繞于鋼絞線2上，在光纖3或光纖光柵6的外側(cè)包覆有厚度包裹層I。其中，光纖光柵6可以是一根寫入了一個(gè)或多個(gè)光纖光柵的單模光纖