一種單點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能frp智能錨桿及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿及其制作方法，主要包括帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器、FRP錨桿主體等；所述無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器在生產(chǎn)FRP錨桿時植入，制成一體化多功能FRP智能錨桿；帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器包括多個依次非熔接串聯(lián)的長標(biāo)距光纖光柵傳感單元以及在頂部同樣非熔接串聯(lián)的一個溫度補(bǔ)償傳感單元。本發(fā)明既可用于礦產(chǎn)、土木、巖土等相關(guān)工程中的錨固加固，亦能對錨桿的承載能力、應(yīng)力應(yīng)變、以及損傷情況等的監(jiān)測，更能用于圍巖支護(hù)及圍巖收斂變形和穩(wěn)定性等的監(jiān)測。
【專利說明】
一種單點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種針對隧道、巖土和邊坡工程的多功能智能監(jiān)測錨桿，主要用于土木、隧道、礦產(chǎn)等相關(guān)工程中的對錨桿的承載能力、應(yīng)力應(yīng)變、以及損傷情況等的監(jiān)測，亦能用于圍巖支護(hù)及圍巖收斂變形和穩(wěn)定性等的監(jiān)測，同時，此錨桿本身的錨固加固作用沒有改變，此多功能智能監(jiān)測錨桿在監(jiān)測的同時，也能起到其本來對圍巖、邊坡、擋土墻等的錨固加固作用。
【背景技術(shù)】
[0002]錨桿支護(hù)是在邊坡、巖土深基坑等地表工程及隧道、采場等地下硐室施工中采用的一種加固支護(hù)方式。錨桿支護(hù)是通過圍巖內(nèi)部的錨桿改變圍巖本身的力學(xué)狀態(tài)，在開挖面周圍形成一個整體而又穩(wěn)定的巖石帶，利用錨桿與圍巖共同作用，達(dá)到維護(hù)圍巖或巷道等穩(wěn)定的目的。它是一種積極防御的支護(hù)方法，是圍巖、礦山等支護(hù)的重大變革。錨桿不但支護(hù)效果好，且用料省、施工簡單、有利于機(jī)械化操作、施工速度快。因此錨桿已在很多土木、巖土、隧道、采礦等工程中被大量的使用，如基于新奧法的隧道開挖，錨桿使用量動輒幾萬根，另外如三峽水利工程，亦用了有十幾萬根各式錨桿。
[0003]纖維增強(qiáng)塑料(Fiber Reinforced Plastics，F(xiàn)RP)，是以樹脂為基體材料，用纖維增強(qiáng)的一種復(fù)合材料，具有輕質(zhì)高強(qiáng)，力學(xué)性能佳;材料可設(shè)計性好，加工、成型工藝靈活；耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，耐候性好等優(yōu)點(diǎn)，因此已被廣泛于很多土木實(shí)際工程中，而纖維增強(qiáng)塑料由于其抗靜電性，碰撞不會產(chǎn)生火星等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦等井下應(yīng)用更是具有很大的優(yōu)勢，目前纖維增強(qiáng)塑料的錨桿進(jìn)行在實(shí)際煤礦等井下大量使用。
[0004]隨著錨桿支護(hù)的廣泛使用，對于錨桿在圍巖中的受力、承載能力、以及可能的損傷等情況進(jìn)行實(shí)時或定期監(jiān)測，從而對于圍巖等的支護(hù)情況、變形收斂、以及穩(wěn)定情況等作出判斷顯得尤為重要，且已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域的重要課題。目前國內(nèi)外對于錨桿在圍巖等支護(hù)中的受力、承載、及損傷情況的測試方法基本可歸納為兩大類，其中一類是使用測力錨桿、錨桿拉拔計、應(yīng)變計及應(yīng)變片通過錨桿“拉拔試驗(yàn)”來測試錨桿在拉拔作用下的受力情況和損傷情況;另一類則采用比較間接的方式，利用電磁波、聲波等在不同介質(zhì)層的反射差異來檢測砂漿錨固體的飽和程度，間接評價錨固的受力及損傷情況。但這些方法從總體上看，存在著受環(huán)境影響大，耐久性差，長期穩(wěn)定性差，測試誤差大等缺點(diǎn)，對于像巖土、隧道、采礦等環(huán)境比較惡劣、施工方式粗放，但測試精度要求高的實(shí)際工程應(yīng)用，其適用性尤顯單薄。同時，在土木、巖土、隧道、采礦等工程中，在對于錨桿的受力測試同時，往往還需要測試土體及圍巖的位移，甚至是巖層的脫離及其脫開間的程度，如在煤礦采礦中的巷道頂板發(fā)生的離層等情況。因此開發(fā)一種具有測試錨桿應(yīng)力及圍巖位移，且同時也能起到加固錨固作用的智能錨桿具有非常重要的工程實(shí)用意義。
[0005]近年來發(fā)展起來的光纖、光柵傳感技術(shù)具有耐久性好，性能穩(wěn)定、抗電磁干擾、便于分布式測量等優(yōu)點(diǎn)，也對錨桿軸力檢測、損傷識別等提出了新的思路。目前已有相關(guān)學(xué)者基于B0TDR、B0TDA等分布式光纖技術(shù)對錨桿支護(hù)進(jìn)行了檢測和監(jiān)測，但是由于目前解調(diào)技術(shù)的瓶頸限制，其測試精度嚴(yán)重不足，且往往需要有閉合的光纖回路，考慮到如隧道的圍巖變形等本身相對很小，且錨桿本身橫截面不大，閉合的光纖回路往往由于較大的光纖曲率而帶來的很大光損，因此其在實(shí)際工程中的實(shí)用性很小。而光柵由于精度高，應(yīng)變測量能達(dá)到1叫，而且封裝后能防水，耐腐蝕，長期性能比較好，不僅能傳感，而且也能用于傳輸數(shù)據(jù)，利于組網(wǎng)和實(shí)時監(jiān)測，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于橋梁等結(jié)構(gòu)的應(yīng)變監(jiān)測中。但目前在錨桿上的應(yīng)用，都是基于點(diǎn)式應(yīng)變測試，只能得到非常局部的應(yīng)變情況，無法準(zhǔn)確地描述尺度比較大的錨桿全長的受力和變形狀況，且不能對錨桿的損傷給出有效的判斷?？偟膩碚f，目前的測試方法存在以下幾個問題，首先單純而簡單地應(yīng)用光纖和光柵技術(shù)，往往由于不僅其傳感部分，而且其引線都容易損壞，不能適應(yīng)這些實(shí)際工程粗放式的施工環(huán)境;其次錨桿結(jié)構(gòu)尺度大，損傷分布范圍廣，傳統(tǒng)的點(diǎn)式傳感很難準(zhǔn)確得捕捉到損傷;再者，傳統(tǒng)的監(jiān)測往往都忽視錨桿不同深度的應(yīng)力應(yīng)變變化，而實(shí)際圍巖由于機(jī)械開挖和爆破的原因，往往在靠近開挖面的巖層會出現(xiàn)一些破碎，在圍巖受力作用下，其內(nèi)部將出現(xiàn)內(nèi)力重分布，因此在錨桿不同深度的位置上，其應(yīng)力應(yīng)變很可能是不同的；更為重要的是，目前所已開發(fā)出來的智能錨桿都只停留在錨桿軸力及應(yīng)變本身，而無法獲取錨桿變形分布情況，也無法判斷圍巖等的位移;最后，傳統(tǒng)的光柵測試，都是基于光柵與光柵間引線的熔接串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)的，但是光纖的熔接更易造成損壞斷裂，且大大地增加其光損，從而影響其測試性能。在基于智能錨桿進(jìn)行測試時，其溫度補(bǔ)償極其重要，考慮到多點(diǎn)溫補(bǔ)的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，需要同時有兩個并列放置的傳感器，導(dǎo)致錨桿結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)過程，乃至后期與光纖光柵解調(diào)儀的連接都比較繁雜。而對于很多工程結(jié)構(gòu)運(yùn)營期的監(jiān)測，其溫度場比較均一的條件下，使用單點(diǎn)溫補(bǔ)將能使得智能錨桿結(jié)構(gòu)簡化，操作便利性大大增加。
[0006]為了提高結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試的真實(shí)性、可靠性以及噪聲魯棒性，東南大學(xué)推出了長標(biāo)距應(yīng)變測試?yán)砟?，以獲取傳感器標(biāo)距內(nèi)的平均應(yīng)變，并成功運(yùn)用于橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測中。但目前對于利用長標(biāo)距光纖光柵進(jìn)行錨桿承載情況、應(yīng)力應(yīng)變情況、損傷探測、以及圍巖收斂變形和穩(wěn)定性的測試和監(jiān)測等研究在國內(nèi)外檢索尚無相關(guān)專利及相關(guān)文獻(xiàn)。且至今開發(fā)的長標(biāo)距應(yīng)變傳感器都是基于單個光柵獨(dú)立封裝而成，在需要多個傳感器時，必須要通過光纖熔接機(jī)將傳感器的引出光纖熔接起來，才能實(shí)現(xiàn)其串聯(lián)目的。本發(fā)明將基于一體化集成多個傳感單元的無恪接長標(biāo)距多光柵傳感器，提出一種新型的單點(diǎn)溫補(bǔ)多功能FRP智能銷桿。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有尚精確度、尚耐久性、結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉的基于纖維增強(qiáng)塑料和長標(biāo)距光纖光柵的智能錨桿及其制作方法。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種單點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿，包括帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器、FRP錨桿主體、引出光纖和軟塑料套管；
[0009]所述帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器植入在FRP錨桿主體生產(chǎn)過程中，制成一體化單點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿；
[0010]所述帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器包括依次非熔接串聯(lián)的多個長標(biāo)距光纖光柵傳感單元和一個溫度補(bǔ)償傳感單元;多個長標(biāo)距光纖光柵傳感單元的一端為光纖引出端，另一端連接溫度補(bǔ)償傳感單元;多個長標(biāo)距光纖光柵傳感單元和一個溫度補(bǔ)償傳感單元包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，長標(biāo)距光纖光柵傳感單元的光纖兩端分別固定在套管的錨固點(diǎn)，而溫補(bǔ)補(bǔ)償傳感單元的光纖則一端與長標(biāo)距光纖光柵傳感單元自身相連，在錨固點(diǎn)與套管相固結(jié)，而另一端自由；
[0011]所述帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器的引出光纖引從FRP錨桿主體內(nèi)引出，并設(shè)在軟塑料套管內(nèi)。
[0012]上述一種多功能FRP智能錨桿的制作方法，包括以下幾個步驟:
[0013](I)制作帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器
[0014](al)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計并刻寫多個一定間距且不同波長的光柵；
[0015](a2)選用一個細(xì)的耐高溫套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，根據(jù)工程測試要求設(shè)計出每個光柵的錨固點(diǎn)位置，并在套管上根據(jù)錨固位置切出多個缺口，穿入帶有多個光柵的單模光纖，調(diào)整光柵與套管缺口的位置;套管具有一定的長度，穿入套管的光纖應(yīng)包括一定長度的尾纖；
[0016](a3)將套管的一端設(shè)置為溫補(bǔ)端，并將此端頭用膠封閉，同時將刻好的含有多個光柵的光纖在溫補(bǔ)單元一端剪短，然后插入套管內(nèi)，使其中的光柵的位置處于設(shè)計好的某個位置附近，且剪短光纖側(cè)的光纖縮在套管內(nèi)部且距離套管的封閉端頭有一定距離；
[0017](a4)先將離套管封閉端頭最近的一個缺口注入固結(jié)膠水形成錨固，這樣使得溫補(bǔ)段的光纖一端縮在套管內(nèi)呈自由狀態(tài)，而另一端與套管錨固，此段內(nèi)的光纖可以自由滑動；
[0018](a5)待注入膠水已經(jīng)固結(jié)的情況下，通過牽引裝置在光纖尾纖處張拉對光纖施加一定的預(yù)應(yīng)力，同時在其余套管缺口處注入固結(jié)膠水形成錨固，固結(jié)后將牽引裝置放開，從而封裝出含多個連續(xù)的長標(biāo)距光纖光柵傳感單元，對于每個長標(biāo)距光纖光柵傳感單元來說，套管內(nèi)的光纖的兩端分別通過固結(jié)膠與套管相固定，其余部分的光纖則與套管內(nèi)壁無接觸，或在后期隨錨桿變形后雖有少許接觸但摩擦力極小可忽略不計。
[0019](2)制作一體化多功能FRP智能錨桿
[0020](bl)在無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器的尾纖端，將尾纖沿細(xì)套管端口剪斷，并在端口涂上一薄層膠或樹脂進(jìn)行端口封閉；
[0021](b2)將封裝好的核心傳感器和纖維在生產(chǎn)線上分別就位傳送，核心傳感器置于中心軸位置，而纖維則以核心傳感器為中心進(jìn)行放線浸膠、纏裹，并通過拉擠模具進(jìn)行擠壓成型，再進(jìn)行固化，形成纖維復(fù)合材料錨桿桿體。
[0022](b3)當(dāng)纖維放線至錨桿體形成至尾纖部分時，剪斷纖維，余下已放線的纖維繼續(xù)在生產(chǎn)線上浸膠、纏裹，在錨桿尾纖套管處形成保護(hù)錐，形成最終的一體化纖維復(fù)合材料多功能智能銷桿。
[0023](b4)在錨桿使用時，將尾纖端頭的封閉段剪掉，然后用剝線鉗將尾纖的套管剪斷(但其中的光纖不被剪斷)，抽出剪下的套管，露出引出光纖，再與傳輸光纖連接。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025](I)本發(fā)明的智能錨桿原理簡單可靠，結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎巧妙，單點(diǎn)溫補(bǔ)使得錨桿的結(jié)構(gòu)、加工制作及后期的光纜布設(shè)都得到了很大的便利。本發(fā)明主要是利用與FRP錨桿于一體的光纖光柵傳感器測量智能錨桿在不同深度的應(yīng)變值，從而推算錨桿在不同深度的軸力，從而對錨桿的承載能力以及其錨固力作出判斷和評價，同時也能對圍巖在荷載等的作用下內(nèi)部產(chǎn)生變形和位移變化作出一定的判斷；
[0026](2)本發(fā)明的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器由多個串聯(lián)的長標(biāo)距光纖光柵傳感單元組成，因此不僅測量不同深度的錨桿的應(yīng)變和軸力情況，還能測量錨桿軸向的變形量，獲取圍巖等的沉降或滑移的位移；
[0027](3)本發(fā)明自帶溫度補(bǔ)償，測試精度高，通過溫補(bǔ)補(bǔ)償，各光柵可以得到很好的測試精度；
[0028](4)本發(fā)明可對圍巖多個位置的錨桿同時進(jìn)行監(jiān)測，可按照監(jiān)測需求，在多個位置植入智能錨桿，實(shí)現(xiàn)一個區(qū)域的整體監(jiān)測。
[0029](5)由于本發(fā)明的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器本身采用了復(fù)合材料和環(huán)氧樹脂封裝，其耐水防銹、耐腐蝕等性能優(yōu)越，且不怕電磁屏蔽和干擾，與FRP錨桿一體化封裝以后更是能適用于環(huán)境侵蝕，具有很好的耐久性和廣泛的適用性;本發(fā)明的多功能FRP智能錨桿其抗靜電性能和不會因碰撞等產(chǎn)生火星等特性，更是有利于煤礦、油氣等井下加固使用。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的多功能FRP智能錨桿構(gòu)造示意圖；
[0031]圖2為圖1的縱向剖視圖；
[0032]圖3為圖1的橫向剖視圖；
[0033]圖4為帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器構(gòu)造示意圖；
[0034]圖5為本發(fā)明的多功能FRP智能錨桿變形量計算示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0036]如圖1-4所示，一種單點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿，包括帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器6、FRP錨桿主體3、引出光纖4和軟塑料套管5;
[0037]所述帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器6植入在FRP錨桿主體3生產(chǎn)過程中，制成一體化單點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿；
[0038]所述帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器6包括依次非熔接串聯(lián)的多個長標(biāo)距光纖光柵傳感單元I和一個溫度補(bǔ)償傳感單元2;多個長標(biāo)距光纖光柵傳感單元I的一端為光纖引出端，另一端連接溫度補(bǔ)償傳感單元2;多個長標(biāo)距光纖光柵傳感單元I和一個溫度補(bǔ)償傳感單元2包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，長標(biāo)距光纖光柵傳感單元的光纖兩端分別固定在套管的錨固點(diǎn)，而溫補(bǔ)補(bǔ)償傳感單元的光纖則一端與長標(biāo)距光纖光柵傳感單元自身相連，在錨固點(diǎn)與套管相固結(jié)，而另一端自由；
[0039]所述帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器6的引出光纖4引從FRP錨桿主體3內(nèi)引出，并設(shè)在軟塑料套管5內(nèi)。
[0040]上述一種多功能FRP智能錨桿的制作方法，包括以下幾個步驟:
[0041 ] (I)制作帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器
[0042](al)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計并刻寫多個一定間距且不同波長的光柵；
[0043](a2)選用一個細(xì)的耐高溫套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，根據(jù)工程測試要求設(shè)計出每個光柵的錨固點(diǎn)位置，并在套管上根據(jù)錨固位置切出多個缺口，穿入帶有多個光柵的單模光纖，調(diào)整光柵與套管缺口的位置;套管具有一定的長度，穿入套管的光纖應(yīng)包括一定長度的尾纖；
[0044](a3)將套管的一端設(shè)置為溫補(bǔ)端，并將此端頭用膠封閉，同時將刻好的含有多個光柵的光纖在溫補(bǔ)單元一端剪短，然后插入套管內(nèi)，使其中的光柵的位置處于設(shè)計好的某個位置附近，且剪短光纖側(cè)的光纖縮在套管內(nèi)部且距離套管的封閉端頭有一定距離；
[0045](a4)先將離套管封閉端頭最近的一個缺口注入固結(jié)膠水形成錨固，這樣使得溫補(bǔ)段的光纖一端縮在套管內(nèi)呈自由狀態(tài)，而另一端與套管錨固，此段內(nèi)的光纖可以自由滑動；
[0046](a5)待注入膠水已經(jīng)固結(jié)的情況下，通過牽引裝置在光纖尾纖處張拉對光纖施加一定的預(yù)應(yīng)力，同時在其余套管缺口處注入固結(jié)膠水形成錨固，固結(jié)后將牽引裝置放開，從而封裝出含多個連續(xù)的長標(biāo)距光纖光柵傳感單元，對于每個長標(biāo)距光纖光柵傳感單元來說，套管內(nèi)的光纖的兩端分別通過固結(jié)膠與套管相固定，其余部分的光纖與套管內(nèi)壁無接觸，或在后期隨錨桿變形后雖有少許接觸但摩擦力極小可忽略不計。
[0047](2)制作一體化多功能FRP智能錨桿
[0048](bl)在無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器的尾纖端，將尾纖沿細(xì)套管端口剪斷，并在端口涂上一薄層膠或樹脂進(jìn)行端口封閉；
[0049](b2)將封裝好的核心傳感器和纖維在生產(chǎn)線上分別就位傳送，核心傳感器置于中心軸位置，而纖維則以核心傳感器為中心進(jìn)行放線浸膠、纏裹，并通過拉擠模具進(jìn)行擠壓成型，再進(jìn)行固化，形成纖維復(fù)合材料錨桿桿體。
[0050](b3)當(dāng)纖維放線至錨桿體形成至尾纖部分時，剪斷纖維，余下已放線的纖維繼續(xù)在生產(chǎn)線上浸膠、纏裹，在錨桿尾纖套管處形成保護(hù)錐，形成最終的一體化纖維復(fù)合材料多功能智能銷桿。
[0051](b4)在錨桿使用時，將尾纖端頭的封閉段剪掉，然后用剝線鉗將尾纖的套管剪斷(但其中的光纖不被剪斷)，抽出剪下的套管，露出引出光纖，再與傳輸光纖連接。
[0052]本發(fā)明的具有單點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿的工作原理如下:是將含有多個傳感單元的長標(biāo)距光纖光柵傳感器安裝并封裝于錨桿之內(nèi)，因此錨桿因受力而引起的應(yīng)變將被長標(biāo)距光纖光柵傳感器的所有傳感單元捕捉，由于有多個傳感單元，因此能捕捉到錨桿不同位置的應(yīng)變，繼而推算出錨桿在不同位置的應(yīng)力以及承載情況。同時，可根據(jù)錨桿長度方向的長標(biāo)距應(yīng)變分布，在可不計其彎曲影響時，可以獲得其沿軸向方向的位移。變形量的計算可如下進(jìn)行:先求出經(jīng)過溫度補(bǔ)償后的每個長標(biāo)距傳感單元標(biāo)距內(nèi)的應(yīng)變值，然后乘以其標(biāo)距長度得到該長標(biāo)距傳感單元的變形量，然后累計整個錨桿上的變形量。如圖5所示，通過測出標(biāo)距L1、L2和L3之間的平均應(yīng)變ε1、ε2和ε3，則可根據(jù)公式Δ =ε1.Ll+e2.L2+ε3.L3求出錨桿兩端的總位移量△。另外，由于本發(fā)明采用了單點(diǎn)溫度補(bǔ)償機(jī)制并巧妙設(shè)計，使得FRP智能錨桿結(jié)構(gòu)、制作與測試得到了極大簡化，適用于溫度場比較均一的環(huán)境。對于圍巖來講，特別是對于新奧法隧道開挖等用爆破等手段開挖的時候，會使得巖層出現(xiàn)一定程度的破碎，因此加入錨桿進(jìn)行支護(hù)后，在不同深度的應(yīng)力應(yīng)變也將不同，因此本發(fā)明的智能錨桿能比較準(zhǔn)確得反映出由于巖層內(nèi)部內(nèi)力重分布而引起的應(yīng)力不均情況，從而能準(zhǔn)確得反映錨桿真實(shí)的受力及承載支護(hù)情況。多個智能錨桿布置在圍巖的不同位置，可以用來監(jiān)測該區(qū)域的錨桿承載情況，以及圍巖支護(hù)和穩(wěn)定情況，這對圍巖監(jiān)測非常重要。
[0053]應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1.一種單點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿，其特征在于:包括帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器、FRP錨桿主體、引出光纖和軟塑料套管； 所述帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器植入在FRP錨桿主體生產(chǎn)過程中，制成一體化單點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿； 所述帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器包括依次非熔接串聯(lián)的多個長標(biāo)距光纖光柵傳感單元和一個溫度補(bǔ)償傳感單元；多個長標(biāo)距光纖光柵傳感單元的一端為光纖引出端，另一端連接溫度補(bǔ)償傳感單元;多個長標(biāo)距光纖光柵傳感單元和一個溫度補(bǔ)償傳感單元包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，長標(biāo)距光纖光柵傳感單元的光纖兩端分別固定在套管的錨固點(diǎn)，而溫補(bǔ)補(bǔ)償傳感單元的光纖則一端與長標(biāo)距光纖光柵傳感單元自身相連，在錨固點(diǎn)與套管相固結(jié)，而另一端自由； 所述帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器的引出光纖引從FRP錨桿主體內(nèi)引出，并設(shè)在軟塑料套管內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種單點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿的制作方法，其特征在于:包括以下幾個步驟: (1)制作帶溫補(bǔ)的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器 (al)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計并刻寫多個一定間距且不同波長的光柵； (a2)選用一個細(xì)的耐高溫套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，根據(jù)工程測試要求設(shè)計出每個光柵的錨固點(diǎn)位置，并在套管上根據(jù)錨固位置切出多個缺口，穿入帶有多個光柵的單模光纖，調(diào)整光柵與套管缺口的位置;套管具有一定的長度，穿入套管的光纖應(yīng)包括一定長度的尾纖； (a3)將套管的一端設(shè)置為溫補(bǔ)端，并將此端頭用膠封閉，同時將刻好的含有多個光柵的光纖在溫補(bǔ)單元一端剪短，然后插入套管內(nèi)，使其中的光柵的位置處于設(shè)計好的某個位置附近，且剪短光纖側(cè)的光纖縮在套管內(nèi)部且距離套管的封閉端頭有一定距離； (a4)先將離套管封閉端頭最近的一個缺口注入固結(jié)膠水形成錨固，這樣使得溫補(bǔ)段的光纖一端縮在套管內(nèi)呈自由狀態(tài)，而另一端與套管錨固，此段內(nèi)的光纖可以自由滑動； (a5)待注入膠水已經(jīng)固結(jié)的情況下，通過牽引裝置在光纖尾纖處張拉對光纖施加一定的預(yù)應(yīng)力，同時在其余套管缺口處注入固結(jié)膠水形成錨固，固結(jié)后將牽引裝置放開，從而封裝出含多個連續(xù)的長標(biāo)距光纖光柵傳感單元，對于每個長標(biāo)距光纖光柵傳感單元來說，套管內(nèi)的光纖的兩端分別通過固結(jié)膠與套管相固定，其余部分的光纖與套管內(nèi)壁無接觸，或在后期隨錨桿變形后雖有少許接觸但摩擦力極小可忽略不計； (2)制作一體化多功能FRP智能錨桿 (bl)在無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器的尾纖端，將尾纖沿細(xì)套管端口剪斷，并在端口涂上一薄層膠或樹脂進(jìn)行端口封閉； (b2)將封裝好的核心傳感器和纖維在生產(chǎn)線上分別就位傳送，核心傳感器置于中心軸位置，而纖維則以核心傳感器為中心進(jìn)行放線浸膠、纏裹，并通過拉擠模具進(jìn)行擠壓成型，再進(jìn)行固化，形成纖維復(fù)合材料錨桿桿體； (b3)當(dāng)纖維放線至錨桿體形成至尾纖部分時，剪斷纖維，余下已放線的纖維繼續(xù)在生產(chǎn)線上浸膠、纏裹，在錨桿尾纖套管處形成保護(hù)錐，形成最終的一體化纖維復(fù)合材料多功能智能錨桿。 (b4)在錨桿使用時，將尾纖端頭的封閉段剪掉，然后用剝線鉗將尾纖的套管剪斷，抽出剪下的套管，露出引出光纖，再與傳輸光纖連接。
【文檔編號】E21D21/00GK105971647SQ201610559640
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】萬春風(fēng), 夏呈, 吳智深, 吳剛
【申請人】東南大學(xué)