一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置。本實用新型安裝方便、易于操作，能快速對埋設(shè)光纖光柵測力鎖腳錨管的測試性能進行驗證，可用于多種管式、桿式等相似測力裝置測試性能的檢測。本實用新型采用的技術(shù)方案包括：埋設(shè)光纖光柵的測力鎖腳錨管、粘貼電阻應變片的測力鎖腳錨管以及對比時用的加載圓環(huán)和支撐架。
【專利說明】
一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 進入21世紀以來，我國社會經(jīng)濟和科學技術(shù)水平的不斷進步，隨著"一帶一路"和 "海上絲綢之路"兩大經(jīng)濟帶戰(zhàn)略的提出，橋梁、隧道、大壩、公路等重大交通工程的建設(shè)取 得了迅猛的發(fā)展。就隧道建設(shè)而言，不僅其數(shù)量和規(guī)模有所擴大，其開挖斷面也在不斷增 大，遇到的難題也越來越多。對于復雜地質(zhì)條件下的隧道建設(shè)，其面臨的問題不斷增多。如 在軟弱圍巖隧道開挖過程中，由于圍巖自穩(wěn)能力差，若隧道支護方法選取不當，往往會引起 隧道結(jié)構(gòu)變形失穩(wěn)甚至塌方，因此合理的支護結(jié)構(gòu)體系是隧道建設(shè)和運營安全的重要保 障。鎖腳錨管作為軟弱圍巖隧道建設(shè)中的一種支護手段，由于其結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、經(jīng)濟 實用，在控制隧道初期支護下沉變形和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面起到了至關(guān)重要的作用，因此鎖腳 錨管被廣泛應用于軟弱圍巖隧道工程建設(shè)中。但有關(guān)鎖腳錨管受力特性和作用機理的研究 還比較少，大多數(shù)還是通過工程經(jīng)驗類比和數(shù)值模擬的方法進行分析，這樣做必然會對隧 道建設(shè)埋下一定的安全隱患，造成國家資源的浪費，因此對鎖腳錨管力學特性和受力機理 的研究勢在必行。
[0003] 現(xiàn)有的鎖腳錨管受力特性的監(jiān)測手段，比如粘貼電阻應變片的測力鎖腳錨管，當 其應用于施工現(xiàn)場進行長期監(jiān)測時存在著諸多缺點，具體表現(xiàn)為:在潮濕多變的施工環(huán)境 中測試數(shù)據(jù)難以保持長期穩(wěn)定，易受電磁干擾，測試數(shù)據(jù)不連貫，誤差大，難以實現(xiàn)長期監(jiān) 測。
[0004] 然而將光纖光柵傳感技術(shù)應用于隧道鎖腳錨管受力特性測試之前，很難去判斷其 測試試驗的可行性以及測試數(shù)據(jù)的準確性，可見尋求一種對比方法來對其進行驗證的重要 性。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型的目的是提供一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置，其利用本 裝置及其測試方法有效地驗證了埋設(shè)光纖光柵測力鎖腳錨管在測試過程中更加穩(wěn)定，且測 試數(shù)據(jù)更加準確和可靠，為埋設(shè)光纖光柵測力鎖腳錨管應用于施工現(xiàn)場測量提供了很好的 依據(jù)。
[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型的技術(shù)方案為:一種對比隧道測力鎖腳 錨管測試性能的裝置，其特征在于:包括測力鎖腳錨管，所述的測力鎖腳錨管的兩端分別放 置于支撐架之上，所述的測力鎖腳錨管的管身上套設(shè)有加載圓環(huán)，加載圓環(huán)的正下方懸掛 破碼。
[0007] 所述的支撐架底部采用兩根矩形鋼管垂直焊接成"T"型，其上方垂直焊接有圓柱 形鋼管一，圓柱形鋼管一的頂部垂直焊接圓柱形鋼管二，圓柱形鋼管二上方垂直焊接兩根 圓柱形鋼棒，兩根圓柱形鋼棒之間的距離與測力鎖腳錨管的外徑相同。
[0008] 所述的加載圓環(huán)的頂端設(shè)置有孔，孔內(nèi)設(shè)置有螺栓，加載圓環(huán)的底端外側(cè)連接有 螺母。
[0009] 所述的測力鎖腳錨管包括兩種，分別為埋設(shè)光纖光柵的測力鎖腳錨管和粘貼電阻 應變片的測力鎖腳錨管。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點如下：
[0011] 1、本實用新型基于兩端鉸支簡支梁受集中荷載作用時的受力特點，有針對性的提 出了 一種對比測力鎖腳錨管測試性能的方法。
[0012] 2、本實用新型安裝方法簡單、易于操作、經(jīng)濟實用，可被廣泛應用于對比布設(shè)光纖 光柵的管式或桿式等相似結(jié)構(gòu)的測試性能。
[0013] 3、本實用新型通過將測力鎖腳錨管兩端鉸支，并在其管身一點處施加集中荷載， 來模擬簡支梁受集中荷載作用時的受力情況。該方法能快速、有效地檢驗埋設(shè)光纖光柵鎖 腳錨管測力裝置應用到實際工程中的可行性，以及測試結(jié)果的準確性。
[0014] 4、本實用新型的測試結(jié)果為之后光纖光柵鎖腳錨管測力裝置應用于實際工程提 供很好的理論依據(jù)和支撐。
【附圖說明】
[0015] 圖1本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2本實用新型支撐架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3本實用新型加載圓環(huán)的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0018]圖4本實用新型埋設(shè)光纖光柵鎖腳錨管測力裝置示意圖；
[0019]圖5本實用新型埋設(shè)光纖光柵鎖腳錨管測力裝置斷面圖；
[0020]圖6本實用新型粘貼電阻應變片鎖腳錨管測力裝置示意圖；
[0021 ]圖7本實用新型帶補償1/4橋路連接電阻應變測試儀示意圖；
[0022]圖8本實用新型對比試驗中測力鎖腳錨管受集中荷載作用時的受力示意圖；
[0023]圖9本實用新型對比試驗中測力鎖腳錨管受力彎矩圖；
[0024] 附圖標記說明：1 一鎖腳錨管本體，2-圓孔一，3-長槽，4一圓孔二，5-光纜，6- 裸光纖，7-光纖光柵解調(diào)儀，8-電阻應變片，9 一導線，10-電阻應變測試儀，11 一支撐架， 12-加載圓環(huán)，13-砝碼，14一螺母，15-螺栓，16-矩形鋼管，17-圓柱形鋼管一，18-圓 柱形鋼管二，19 一圓柱形鋼棒，20-測力鎖腳錨管。
【具體實施方式】
[0025] 下面通過實施例結(jié)合附圖對本設(shè)計做詳細描述：
[0026] 參見圖1 一圖3: -種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置，其特征在于:包括測 力鎖腳錨管20,所述的測力鎖腳錨管20的兩端分別放置于支撐架11之上，所述的測力鎖腳 錨管20的管身上套設(shè)有加載圓環(huán)12,加載圓環(huán)12的正下方通過連線懸掛砝碼13。
[0027]參見圖2:所述的支撐架11底部采用兩根矩形鋼管16垂直焊接成"T"型，其上方垂 直焊接有圓柱形鋼管一 17,圓柱形鋼管一 17的頂部垂直焊接圓柱形鋼管二18,圓柱形鋼管 二18上方垂直焊接兩根圓柱形鋼棒19,兩根短圓形鋼棒19之間的距離與測力鎖腳錨管20的 外徑相同。
[0028]參見圖3:所述的加載圓環(huán)12的頂端設(shè)置有孔，孔內(nèi)設(shè)置有螺栓15,加載圓環(huán)12的 底端外側(cè)連接有螺母14。
[0029]所述的測力鎖腳錨管20包括兩種，分別為埋設(shè)光纖光柵的測力鎖腳錨管和粘貼電 阻應變片的測力鎖腳錨管。
[0030]參見圖4 一圖5:埋設(shè)光纖光柵的測力鎖腳錨管的結(jié)構(gòu)包括鎖腳錨管本體1，所述的 鎖腳錨管1的一端設(shè)置有錐頭，所述的鎖腳錨管1的管身上沿管長度方向設(shè)置有相對稱的4 個長槽3,4個長槽3的軸線相平行，每個長槽3的兩端設(shè)置有圓孔一 2和圓孔二4,每個長槽內(nèi) 通過圓孔一 2和圓孔二4穿設(shè)有裸光纖6,所述的裸光纖6的兩端伸出于鎖腳錨管1外，長槽內(nèi) 的裸光纖上設(shè)置有若干個光柵，長槽外的裸光纖6進行鎧裝形成光纜5,所述的光纜5與光纖 光柵解調(diào)儀7連接，各相鄰光柵之間的間隔距離根據(jù)鎖腳錨管各測試斷面的位置設(shè)置，長槽 內(nèi)的裸光纖6上依次涂有航天膠和防水膠，長槽內(nèi)的裸光纖6上套設(shè)有松套管。
[0031]光纖通訊技術(shù)發(fā)展起來的光纖光柵傳感技術(shù)，除了具有抗電磁干擾能力強、防水 防潮能力強、靈敏度和穩(wěn)定性高的優(yōu)點外，還具有信息采集和傳輸于一體的特點，可以實現(xiàn) 分布式測量。
[0032] 參見圖6,圖7:粘貼電阻應變片的測力鎖腳錨管:包括鎖腳錨管本體1，所述的鎖腳 錨管本體1的一端設(shè)置有錐頭，所述的鎖腳錨管本體1的管身測試斷面處上、下、左、右四個 位置分別粘貼電阻應變片8,電阻應變片8焊接導線9,導線9的另一端按照帶溫度補償?shù)?/4 橋路接法連接有電阻應變測試儀10。
[0033] 本實用新型通過將測力鎖腳錨管置于測試裝置上，并進行逐級加載，來對比分析 兩種測力鎖腳錨管的測試性能。
[0034]本實用新型具體實施方法為：
[0035] (1)首先，準備一根埋設(shè)光纖光柵的測力鎖腳錨管，一根粘貼電阻應變片的測力鎖 腳錨管，電阻應變片的粘貼位置與光纖柵區(qū)的布設(shè)位置保持相同，而且兩根鎖腳錨管采用 同一規(guī)格、型號、批次的熱乳無縫鋼管;然后，制作一副用于支撐測力鎖腳錨管的支撐架，來 模擬簡支梁兩端的鉸支座，制作一個帶有螺栓螺帽的加載圓環(huán)，為測力鎖腳錨管施加集中 荷載時所用。所述的支撐架采用矩形鋼管、圓形鋼管一、圓形鋼管二共同焊接而成，將兩根 等長的矩形鋼管垂直焊接作為整個支撐架的底座，并在底座上垂直焊接圓形鋼管一，圓形 鋼管一上焊接圓形鋼管二，圓形鋼管二上垂直焊接兩根圓柱形鋼棒，用于限制測力鎖腳錨 管轉(zhuǎn)動。所述的帶有螺栓螺帽的加載圓環(huán)的直徑稍大于測力鎖腳錨管的直徑，加載圓環(huán)的 正上方鉆孔并攻絲，并對螺栓頭進行打磨削尖，圓環(huán)正下方焊接螺帽，用于懸掛加載時所用 的砝碼。
[0036] (2)安裝測試系統(tǒng)。首先，選取一塊平整的場地，并將支撐架擺放好，兩個支撐架必 須處于同一條水平線上，不能搖晃;然后，將帶有螺栓螺帽的加載圓環(huán)套于測力鎖腳錨管管 身，并將測力鎖腳錨管放置于支撐架之上，保證測力鎖腳錨管管身正下方位置與支撐架頂 端的圓柱形鋼管一垂直相切;最后，分別將測力鎖腳錨管連接至測試儀器，并連接至電腦。 在用電測法對測力鎖腳錨管進行加載測試時，通過在測力鎖腳錨管管身不同截面處粘貼電 阻應變片，并利用電阻應變測試儀采用電阻應變片帶溫度補償?shù)?/4橋接法來測試鎖腳錨 管各測點處的應變值，采用與測力鎖腳錨管同一批次、型號的一小段鎖腳錨管粘貼電阻應 變片來作為溫度補償裝置;在用光測法對測力鎖腳錨管進行加載測試時，通過在鎖腳錨管 管身刻槽埋設(shè)裸光纖光柵，利用光纖光柵解調(diào)儀連接光纖光柵溫度傳感器來補償測力鎖腳 錨管各測點處荷載作用引起的波長變化，并將其轉(zhuǎn)換成各測點處的應變量。
[0037] (3)對測力鎖腳錨管進行加載。首先，對埋設(shè)光纖光柵的測力鎖腳錨管進行加載測 試，將加載圓環(huán)滑動到預先設(shè)定的加載位置，并旋轉(zhuǎn)圓環(huán)使螺栓頭對準測力鎖腳錨管管身 正上方。然后在加載圓環(huán)下方的螺帽上懸掛砝碼，對埋設(shè)光纖光柵的測力鎖腳錨管進行逐 級加載，并通過光纖光柵解調(diào)儀采集其波長的變化量。最后按上述加載方法對粘貼電阻應 變片的測力鎖腳錨管進行加載測試。
[0038] (4)對測力鎖腳錨管的測試數(shù)據(jù)與理論值進行對比分析。置于支撐架上的測力鎖 腳錨管可以看作簡支梁受集中荷載F作用，其受力圖、彎矩圖分別如圖8和圖9所示。
[0039] 對于梁AC段:其彎矩為
[0040] 對于梁BC段:其彎矩為' .1 .
[0041] 對于錨管管身各點的應力彳
其中y為鎖腳錨管管身各測點距中性軸的距 離。
[0042] 其中
實中D為測力鎖腳錨管的外徑，d為內(nèi)徑。
[0043] 繼而可求得對應各測點的應變# = | E.
[0044] 由于測力鎖腳錨管管身最左側(cè)、最右側(cè)測點處的y值均為0,最上側(cè)、最下側(cè)測點處 的y值相等，即測力鎖腳錨管最左側(cè)、最右側(cè)測點處的理論應變值ε左=￡右=〇,最上側(cè)、最下 側(cè)測點處的理論應變信
【主權(quán)項】
1. 一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置，其特征在于:包括測力鎖腳錨管(20)， 所述的測力鎖腳錨管(20)的兩端分別放置于支撐架（11)之上，所述的測力鎖腳錨管(20)的 管身上套設(shè)有加載圓環(huán)（12)，加載圓環(huán)（12)的正下方懸掛砝碼（13)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置，其特征在于:所 述的支撐架（11)底部采用兩根矩形鋼管（16)垂直焊接成"T"型，其上方垂直焊接有圓柱形 鋼管一（17)，圓柱形鋼管一（17)的頂部垂直焊接圓柱形鋼管二（18)，圓柱形鋼管二（18)上 方垂直焊接兩根圓柱形鋼棒（19)，兩根圓柱形鋼棒（19)之間的距離與測力鎖腳錨管(20)的 外徑相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置，其特征在 于:所述的加載圓環(huán)（12)的頂端設(shè)置有孔，孔內(nèi)設(shè)置有螺栓(15)，加載圓環(huán)(12)的底端外側(cè) 連接有螺母(14)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置，其特征在于:所 述的測力鎖腳錨管(20)包括兩種，分別為埋設(shè)光纖光柵的測力鎖腳錨管和粘貼電阻應變片 的測力鎖腳錨管。
【文檔編號】G01L1/22GK205655948SQ201620452171
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年5月18日 公開號201620452171.2, CN 201620452171, CN 205655948 U, CN 205655948U, CN-U-205655948, CN201620452171, CN201620452171.2, CN205655948 U, CN205655948U
【發(fā)明人】羅彥斌, 陳建勛, 李棟, 刁鵬升, 翟宇輝
【申請人】長安大學