錨桿受力測試裝置及其應用方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及地下工程錨固結構健康檢測領域，具體地說是一種用于錨桿或錨索的 受力測試裝置及其應用方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，錨桿在地下工程支護領域獲得了廣泛的應用，對于降低支護成本和減少 事故發揮了重要作用。由于錨桿埋置于圍巖內部，屬于隱蔽結構，其健康診斷以及支護作用 評價較為困難。為了評估錨桿的支護作用和健康狀態，一般將錨桿在外端頭處的軸力作為 重要評價指標，但是錨桿軸力的測量卻非常困難。目前國內外采用的錨桿軸力測量方法主 要包括：應變測量法、壓力傳感器測量法和振弦式錨桿測力計。
[0003] 應變測量法是指：在錨桿安裝前，在錨桿軸向布設應變片或者光纖光柵，錨桿受力 后產生一定的變形，可以測量錨桿的軸向應變，根據測得的應變計算錨桿的軸力。這種方法 中采用的應變片和光纖光柵極易損壞，易受外界電磁、溫度的影響，對周圍環境要求較高， 測量結果不穩定，測量結果一般只能作為參考。另外，光纖光柵應變測量系統成本較高。
[0004] 壓力傳感器測量法是指：在錨桿托盤處預先安裝一個壓電式傳感器，通過壓電傳 感器測量錨桿軸力。這種方法測量精度可以保證，但是成本較高，單個壓電傳感器的成本達 到上萬元，如果不回收利用的話會造成極大的浪費，回收的話則會造成錨桿失效，威脅工程 安全。
[0005] 振弦式錨桿測力計首先將錨桿變形傳遞給振弦，從而改變振弦的振動頻率。通過 振弦頻率檢測可以得到振弦的變形，進而得到錨桿的變形，進而求得錨桿的軸力。這種方法 需要預先將振弦的兩端焊接在錨桿上，不僅操作復雜，焊接質量難以保證，而且還大大增加 了錨桿的安裝難度。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種結構簡單、價格低廉的錨桿軸力測試裝置及其應用方 法。
[0007] 其技術解決方案是：一種錨桿受力測試裝置，其特征在于主要包括：泡沫金屬板、 上墊板、下墊板和距離測量儀器，泡沫金屬板位于上墊板和下墊板之間，三者通過粘結劑粘 結在一起形成組合板，三者中心位于同一軸線上；所述的泡沫金屬板，材質為泡沫金屬材 料，整體為平板結構，形狀呈方形或圓形，其中心設有圓形孔洞，錨桿或錨索可以從該孔洞 穿過，該泡沫金屬板具有不小于錨桿或錨索的最大軸力的法向承載力，隨著泡沫金屬板所 受荷載增加，其逐漸被壓扁，泡沫金屬板所受荷載與產生的位移之間具有單調遞增的關系； 所述的上墊板和下墊板，均為平板結構，且中心設有孔洞的鋼板，錨桿或錨索可以從孔洞穿 過，其強度遠大于泡沫金屬板的強度；所述的距離測量儀器用于測量上下墊板之間的距離。
[0008] 本發明的應用方法是： ①對所述的泡沫金屬板進行壓縮測試；通過壓力機在法向對其進行壓縮實驗，得到其 應力-應變關系曲線； ② 安裝錨桿或錨索；采用常規方法將錨桿的內錨固段固定在錨孔之后，使錨桿或錨索 穿過組合板預留的孔洞，然后緊固螺母，將組合板緊緊壓住； ③ 錨桿或錨索開始受力后，錨桿軸力通過螺母反作用在組合板上，在壓力作用下泡沫 金屬板產生變形；通過距離測量儀器測量上墊板和下墊板之間的垂直距離，進而根據兩者 的原始距離，可以得到其受壓產生的相對位移，進而求得法向應變； ④ 根據步驟①測得的應力-應變關系曲線，以及步驟③測得的法向應變，換算即可得 到泡沫金屬板的應力，進而求得其所受荷載，該荷載等于錨桿或錨索的軸力。
[0009] 本發明的基本原理是：根據泡沫金屬材料的壓縮特性，利用其所受荷載和變形之 間的確定關系，將荷載的測量轉化為位移的測量，進而求得錨桿或錨索的軸力。
[0010] 本發明的有益效果是：本裝置及其應用方法使錨桿軸力測量變得簡單易行，大大 降低了測量成本，對于工程現場的動態反饋支護設計具有重要意義。
【附圖說明】
[0011] 下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步說明： 圖1為本發明所述的錨桿受力測試裝置及其應用方法的原理示意圖； 圖2為所述錨桿受力測試裝置的應力-應變曲線的一種。
【具體實施方式】
[0012] 結合附圖1，一種錨桿受力測試裝置，其特征在于主要包括：泡沫金屬板1、上墊板 2、下墊板3和距離測量儀器，泡沫金屬板1位于上墊板2和下墊板3之間，三者通過粘結劑 粘結在一起形成組合板，三者中心位于同一軸線上；所述的泡沫金屬板1，材質為泡沫金屬 材料，整體為平板結構，形狀呈方形或圓形，其中心設有圓形孔洞，錨桿或錨索4可以從該 孔洞穿過，該泡沫金屬板具有不小于錨桿或錨索的最大軸力的法向承載力，隨著泡沫金屬 板所受荷載增加，其逐漸被壓扁，泡沫金屬板所受荷載與產生的位移之間具有單調遞增的 關系；所述的上墊板2和下墊板3,均為平板結構，且中心設有孔洞的鋼板，錨桿或錨索可以 從孔洞穿過，其強度遠大于泡沫金屬板的強度；所述的距離測量儀器用于測量上下墊板之 間的距離。
[0013] 本發明的應用方法是： ① 對所述的泡沫金屬板進行壓縮測試；通過壓力機在法向對其進行壓縮實驗，得到其 應力-應變關系曲線，如圖2所示； ② 安裝錨桿或錨索4 ;采用常規方法將錨桿的內錨固段固定在錨孔之后，使錨桿或錨 索穿過組合板預留的孔洞，然后緊固螺母5,將組合板緊緊壓住； ③ 錨桿或錨索開始受力后，錨桿軸力F通過螺母反作用在組合板上，在壓力作用下泡 沫金屬板產生變形；通過距離測量儀器測量上墊板和下墊板之間的垂直距離L，進而根據 兩者的原始距離，可以得到其受壓產生的相對位移，進而求得法向應變； ④ 根據步驟①測得的應力-應變關系曲線，以及步驟③測得的法向應變，換算即可得 到泡沫金屬板的應力，進而求得其所受荷載，該荷載等于錨桿或錨索的軸力。
[0014] 以上所述實施例，只是本發明較優選的具體的實施方式的一種，本領域的技術人 員在本發明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種錨桿受力測試裝置，其特征在于主要包括：泡沫金屬板、上墊板、下墊板和距離 測量儀器，泡沫金屬板位于上墊板和下墊板之間，三者通過粘結劑粘結在一起形成組合板， 三者中心位于同一軸線上；所述的泡沫金屬板，材質為泡沫金屬材料，整體為平板結構，形 狀呈方形或圓形，其中心設有圓形孔洞，錨桿或錨索可以從該孔洞穿過，該泡沫金屬板具有 不小于錨桿或錨索的最大軸力的法向承載力，隨著泡沫金屬板所受荷載增加，其逐漸被壓 扁，泡沫金屬板所受荷載與產生的位移之間具有單調遞增的關系；所述的上墊板和下墊板， 均為平板結構，且中心設有孔洞的鋼板，錨桿或錨索可以從孔洞穿過，其強度遠大于泡沫金 屬板的強度；所述的距離測量儀器用于測量上下墊板之間的距離。
2. 如權利要求1所述的錨桿受力測試裝置的應用方法，其特征在于包括以下步驟： ① 對所述的泡沫金屬板進行壓縮測試；通過壓力機在法向對其進行壓縮實驗，得到其 應力-應變關系曲線； ② 安裝錨桿或錨索；采用常規方法將錨桿的內錨固段固定在錨孔之后，使錨桿或錨索 穿過組合板預留的孔洞，然后緊固螺母，將組合板緊緊壓住； ③ 錨桿或錨索開始受力后，錨桿軸力通過螺母反作用在組合板上，在壓力作用下泡沫 金屬板產生變形；通過距離測量儀器測量上墊板和下墊板之間的垂直距離，進而根據兩者 的原始距離，可以得到其受壓產生的相對位移，進而求得法向應變； X根據步驟①測得的應力-應變關系曲線，以及步驟③測得的法向應變，換算即可得 到泡沫金屬板的應力，進而求得其所受荷載，該荷載等于錨桿或錨索的軸力。
【專利摘要】本發明公開了一種錨桿受力測試裝置，其特征在于主要包括：泡沫金屬板、上墊板、下墊板和距離測量儀器，泡沫金屬板位于上墊板和下墊板之間，三者通過粘結劑粘結在一起；所述的泡沫金屬板，材質為泡沫金屬材料，整體為平板結構，形狀呈方形或圓形，其中心設有圓形孔洞，泡沫金屬板隨其所受荷載增加逐漸被壓扁。根據泡沫金屬材料的壓縮特性，利用其所受荷載和變形之間的確定關系，將荷載的測量轉化為位移的測量，進而求得錨桿或錨索的軸力。本發明使錨桿軸力測量變得簡單易行，大大降低了測量成本。
【IPC分類】G01L1-04
【公開號】CN104697674
【申請號】CN201510052247
【發明人】吳學震, 蔣宇靜, 王剛, 喬衛國
【申請人】山東科技大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月1日