一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的裝置及測(cè)試方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的裝置及測(cè)試方法。本發(fā)明安裝方便、易于操作，能快速對(duì)埋設(shè)光纖光柵測(cè)力鎖腳錨管的測(cè)試性能進(jìn)行驗(yàn)證，可用于多種管式、桿式等相似測(cè)力裝置測(cè)試性能的檢測(cè)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：埋設(shè)光纖光柵的測(cè)力鎖腳錨管、粘貼電阻應(yīng)變片的測(cè)力鎖腳錨管以及對(duì)比時(shí)用的加載圓環(huán)和支撐架。通過(guò)將兩種測(cè)力鎖腳錨管分別方置于支撐架之上，進(jìn)行逐級(jí)加載測(cè)試，并對(duì)測(cè)力鎖腳錨管管身各測(cè)試的測(cè)量結(jié)果與理論值進(jìn)行對(duì)比，來(lái)分析評(píng)判兩種測(cè)力鎖腳錨管的測(cè)試性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的裝置及測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的裝置及測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，隨著"一帶一路"和 "海上絲綢之路"兩大經(jīng)濟(jì)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(kuò)大，其開(kāi)挖斷面也在不斷增 大，遇到的難題也越來(lái)越多。對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道建設(shè)，其面臨的問(wèn)題不斷增多。如 在軟弱圍巖隧道開(kāi)挖過(guò)程中，由于圍巖自穩(wěn)能力差，若隧道支護(hù)方法選取不當(dāng)，往往會(huì)引起 隧道結(jié)構(gòu)變形失穩(wěn)甚至塌方，因此合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系是隧道建設(shè)和運(yùn)營(yíng)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(hù)手段，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、經(jīng)濟(jì) 實(shí)用，在控制隧道初期支護(hù)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(yīng)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(jī)理的研究 還比較少，大多數(shù)還是通過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比和數(shù)值模擬的方法進(jìn)行分析，這樣做必然會(huì)對(duì)隧 道建設(shè)埋下一定的安全隱患，造成國(guó)家資源的浪費(fèi)，因此對(duì)鎖腳錨管力學(xué)特性和受力機(jī)理 的研究勢(shì)在必行。
[0003] 現(xiàn)有的鎖腳錨管受力特性的監(jiān)測(cè)手段，比如粘貼電阻應(yīng)變片的測(cè)力鎖腳錨管，當(dāng) 其應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)時(shí)存在著諸多缺點(diǎn)，具體表現(xiàn)為:在潮濕多變的施工環(huán)境 中測(cè)試數(shù)據(jù)難以保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，易受電磁干擾，測(cè)試數(shù)據(jù)不連貫，誤差大，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期監(jiān) 測(cè)。
[0004] 然而將光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用于隧道鎖腳錨管受力特性測(cè)試之前，很難去判斷其 測(cè)試試驗(yàn)的可行性以及測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可見(jiàn)尋求一種對(duì)比方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證的重要 性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的裝置及其測(cè)試方法， 其利用本裝置及其測(cè)試方法有效地驗(yàn)證了埋設(shè)光纖光柵測(cè)力鎖腳錨管在測(cè)試過(guò)程中更加 穩(wěn)定，且測(cè)試數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可靠，為埋設(shè)光纖光柵測(cè)力鎖腳錨管應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量提 供了很好的依據(jù)。
[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管 測(cè)試性能的裝置，其特征在于:包括測(cè)力鎖腳錨管，所述的測(cè)力鎖腳錨管的兩端分別放置于 支撐架之上，所述的測(cè)力鎖腳錨管的管身上套設(shè)有加載圓環(huán)，加載圓環(huán)的正下方懸掛砝碼。
[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(cè)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(cè)力鎖腳錨管包括兩種，分別為埋設(shè)光纖光柵的測(cè)力鎖腳錨管和粘貼電阻 應(yīng)變片的測(cè)力鎖腳錨管。
[0010] 所述的一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的測(cè)試方法為:將一副支撐架擺放在 水平地面上，并使其軸線(xiàn)處于同一水平線(xiàn)上;然后將兩種測(cè)力鎖腳錨管先后放置在支撐架 的圓柱形鋼棒之間，并使其與圓柱形鋼管二相互垂直，將加載圓環(huán)套于測(cè)力鎖腳錨管管身， 并滑動(dòng)至預(yù)定加載位置后，擰緊加載圓環(huán)頂部的螺栓;最后分別對(duì)兩種測(cè)力鎖腳錨管進(jìn)行 逐級(jí)加載，每級(jí)加載100N，每次加載后停留至數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進(jìn)行下一級(jí)加載，最后將兩種方法 對(duì)管身各測(cè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果與理論值進(jìn)行誤差對(duì)比來(lái)分析評(píng)判兩種測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：
[0012] 1、本發(fā)明基于兩端鉸支簡(jiǎn)支梁受集中荷載作用時(shí)的受力特點(diǎn)，有針對(duì)性的提出了 一種對(duì)比測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的方法。
[0013] 2、本發(fā)明安裝方法簡(jiǎn)單、易于操作、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可被廣泛應(yīng)用于對(duì)比布設(shè)光纖光柵 的管式或桿式等相似結(jié)構(gòu)的測(cè)試性能。
[0014] 3、本發(fā)明通過(guò)將測(cè)力鎖腳錨管兩端鉸支，并在其管身一點(diǎn)處施加集中荷載，來(lái)模 擬簡(jiǎn)支梁受集中荷載作用時(shí)的受力情況。該方法能快速、有效地檢驗(yàn)埋設(shè)光纖光柵鎖腳錨 管測(cè)力裝置應(yīng)用到實(shí)際工程中的可行性，以及測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0015] 4、本發(fā)明的測(cè)試結(jié)果為之后光纖光柵鎖腳錨管測(cè)力裝置應(yīng)用于實(shí)際工程提供很 好的理論依據(jù)和支撐。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2本發(fā)明支撐架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖3本發(fā)明加載圓環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖4本發(fā)明埋設(shè)光纖光柵鎖腳錨管測(cè)力裝置示意圖；
[0020]圖5本發(fā)明埋設(shè)光纖光柵鎖腳錨管測(cè)力裝置斷面圖；
[0021 ]圖6本發(fā)明粘貼電阻應(yīng)變片鎖腳錨管測(cè)力裝置示意圖；
[0022]圖7本發(fā)明實(shí)施例測(cè)力鎖腳錨管各測(cè)試斷面布置圖；；
[0023]圖8本發(fā)明帶補(bǔ)償1/4橋路連接電阻應(yīng)變測(cè)試儀示意圖；
[0024]圖9本發(fā)明對(duì)比試驗(yàn)中測(cè)力鎖腳錨管受集中荷載作用時(shí)的受力示意圖；
[0025]圖10本發(fā)明對(duì)比試驗(yàn)中測(cè)力鎖腳錨管受力彎矩圖；
[0026] 圖11本發(fā)明實(shí)施例粘貼電阻應(yīng)變片的鎖腳錨管加載測(cè)試圖；
[0027] 圖12本發(fā)明實(shí)施例埋設(shè)光纖光柵的鎖腳錨管加載測(cè)試圖；
[0028]圖13本發(fā)明實(shí)施例測(cè)力鎖腳錨管與支撐架連接圖；
[0029] 圖14本發(fā)明實(shí)施例光纖光柵溫度傳感器布置圖；
[0030] 圖15本發(fā)明實(shí)施例對(duì)比裝置圓環(huán)加載圖；
[0031]圖16本發(fā)明距鎖腳錨管端口 60cm位置處加載時(shí)管身上方各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變圖；
[0032]圖17本發(fā)明距鎖腳錨管端口 60cm位置處加載時(shí)管身下方各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變圖；
[0033]圖18本發(fā)明距鎖腳錨管端口 60cm位置處加載時(shí)管身左方各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變圖；
[0034]圖19本發(fā)明距鎖腳錨管端口 60cm位置處加載時(shí)管身右方各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變圖；
[0035]圖20本發(fā)明距鎖腳錨管端口 125cm位置處加載時(shí)管身上方各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變圖；
[0036]圖21本發(fā)明距鎖腳錨管端口 125cm位置處加載時(shí)管身下方各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變圖；
[0037]圖22本發(fā)明距鎖腳錨管端口 125cm位置處加載時(shí)管身左方各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變圖；
[0038]圖23本發(fā)明距鎖腳錨管端口 125cm位置處加載時(shí)管身右方各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變圖；
[0039]圖24本發(fā)明距鎖腳錨管端口 190cm位置處加載時(shí)管身上方各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變圖；
[0040]圖25本發(fā)明距鎖腳錨管端口 190cm位置處加載時(shí)管身下方各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變圖；
[00411圖26本發(fā)明距鎖腳錨管端口 190cm位置處加載時(shí)管身左方各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變圖；
[0042]圖27本發(fā)明距鎖腳錨管端口 190cm位置處加載時(shí)管身右方各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變圖；
[0043] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：1 一鎖腳錨管本體，2-圓孔一，3-長(zhǎng)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(yīng)變片，9 一導(dǎo)線(xiàn)，10-電阻應(yīng)變測(cè)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(cè)力鎖腳錨管。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本設(shè)計(jì)做詳細(xì)描述：
[0045] 參見(jiàn)圖1 一圖3: -種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的裝置，其特征在于:包括測(cè) 力鎖腳錨管20,所述的測(cè)力鎖腳錨管20的兩端分別放置于支撐架11之上，所述的測(cè)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(guò)連線(xiàn)懸掛砝碼13。
[0046] 參見(jiàn)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(cè)力鎖腳錨管20的 外徑相同。
[0047]參見(jiàn)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。
[0048]所述的測(cè)力鎖腳錨管20包括兩種，分別為埋設(shè)光纖光柵的測(cè)力鎖腳錨管和粘貼電 阻應(yīng)變片的測(cè)力鎖腳錨管。
[0049] 參見(jiàn)圖4 一圖5:埋設(shè)光纖光柵的測(cè)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(zhǎng)度方向設(shè)置有相對(duì)稱(chēng)的4 個(gè)長(zhǎng)槽3,4個(gè)長(zhǎng)槽3的軸線(xiàn)相平行，每個(gè)長(zhǎng)槽3的兩端設(shè)置有圓孔一 2和圓孔二4,每個(gè)長(zhǎng)槽內(nèi) 通過(guò)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(zhǎng)槽內(nèi) 的裸光纖上設(shè)置有若干個(gè)光柵，長(zhǎng)槽外的裸光纖6進(jìn)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(cè)試斷面的位置設(shè)置，長(zhǎng)槽 內(nèi)的裸光纖6上依次涂有航天膠和防水膠，長(zhǎng)槽內(nèi)的裸光纖6上套設(shè)有松套管。
[0050] 光纖通訊技術(shù)發(fā)展起來(lái)的光纖光柵傳感技術(shù)，除了具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、防水 防潮能力強(qiáng)、靈敏度和穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)外，還具有信息采集和傳輸于一體的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn) 分布式測(cè)量。
[0051] 參見(jiàn)圖6:粘貼電阻應(yīng)變片的測(cè)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(cè)試斷面處上、下、左、右四個(gè)位置 分別粘貼電阻應(yīng)變片8,電阻應(yīng)變片8焊接導(dǎo)線(xiàn)9,導(dǎo)線(xiàn)9的另一端按照帶溫度補(bǔ)償?shù)?/4橋路 接法連接有電阻應(yīng)變測(cè)試儀IO。
[0052]本發(fā)明通過(guò)將測(cè)力鎖腳錨管置于測(cè)試裝置上，并進(jìn)行逐級(jí)加載，來(lái)對(duì)比分析兩種 測(cè)力鎖腳錨管的測(cè)試性能。
[0053] 一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的測(cè)試方法:將一副支撐架11擺放在水平地 面上，并使其軸線(xiàn)處于同一水平線(xiàn)上;然后將兩種測(cè)力鎖腳錨管先后放置在支撐架的圓柱 形鋼棒19之間，并使其與圓柱形鋼管二18相互垂直，將加載圓環(huán)12套于測(cè)力鎖腳錨管管身， 并滑動(dòng)至預(yù)定加載位置后，擰緊加載圓環(huán)頂部的螺栓15;最后分別對(duì)兩種測(cè)力鎖腳錨管進(jìn) 行逐級(jí)加載，并對(duì)管身各測(cè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果與理論值進(jìn)行對(duì)比來(lái)分析評(píng)判兩種測(cè)力鎖腳錨管 測(cè)試性能。
[0054]本發(fā)明具體實(shí)施方法為：
[0055] (1)進(jìn)行測(cè)試前的準(zhǔn)備工作。首先，準(zhǔn)備一根上述布設(shè)光纖光柵的測(cè)力鎖腳錨管， 一根粘貼電阻應(yīng)變片的測(cè)力鎖腳錨管，電阻應(yīng)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(hào)、批次的熱乳無(wú)縫鋼管;然后，制作一副用于支 撐測(cè)力鎖腳錨管的支撐架，來(lái)模擬簡(jiǎn)支梁兩端的鉸支座，制作一個(gè)帶有螺栓螺帽的加載圓 環(huán)，為測(cè)力鎖腳錨管施加集中荷載時(shí)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(zhǎng)的矩形鋼管垂直焊接作為整個(gè)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(cè)力鎖腳錨管轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的帶有螺栓螺帽的加載圓環(huán)的直徑稍大于測(cè)力 鎖腳錨管的直徑，加載圓環(huán)的正上方鉆孔并攻絲，并對(duì)螺栓頭進(jìn)行打磨削尖，圓環(huán)正下方焊 接螺帽，用于懸掛加載時(shí)所用的砝碼。
[0056] (2)安裝測(cè)試系統(tǒng)。首先，選取一塊平整的場(chǎng)地，并將支撐架擺放好，兩個(gè)支撐架必 須處于同一條水平線(xiàn)上，不能搖晃;然后，將帶有螺栓螺帽的加載圓環(huán)套于測(cè)力鎖腳錨管管 身，并將測(cè)力鎖腳錨管放置于支撐架之上，保證測(cè)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(cè)力鎖腳錨管連接至測(cè)試儀器，并連接至電腦。 在用電測(cè)法對(duì)測(cè)力鎖腳錨管進(jìn)行加載測(cè)試時(shí)，通過(guò)在測(cè)力鎖腳錨管管身不同截面處粘貼電 阻應(yīng)變片，并利用電阻應(yīng)變測(cè)試儀采用電阻應(yīng)變片帶溫度補(bǔ)償?shù)?/4橋接法來(lái)測(cè)試鎖腳錨 管各測(cè)點(diǎn)處的應(yīng)變值，采用與測(cè)力鎖腳錨管同一批次、型號(hào)的一小段鎖腳錨管粘貼電阻應(yīng) 變片來(lái)作為溫度補(bǔ)償裝置;在用光測(cè)法對(duì)測(cè)力鎖腳錨管進(jìn)行加載測(cè)試時(shí)，通過(guò)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(lái)補(bǔ)償測(cè)力鎖腳 錨管各測(cè)點(diǎn)處荷載作用引起的波長(zhǎng)變化，并將其轉(zhuǎn)換成各測(cè)點(diǎn)處的應(yīng)變量。
[0057] (3)對(duì)測(cè)力鎖腳錨管進(jìn)行加載。首先，對(duì)埋設(shè)光纖光柵的測(cè)力鎖腳錨管進(jìn)行加載測(cè) 試，將加載圓環(huán)滑動(dòng)到預(yù)先設(shè)定的加載位置，并旋轉(zhuǎn)圓環(huán)使螺栓頭對(duì)準(zhǔn)測(cè)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(duì)埋設(shè)光纖光柵的測(cè)力鎖腳錨管進(jìn)行逐 級(jí)加載，并通過(guò)光纖光柵解調(diào)儀采集其波長(zhǎng)的變化量。最后按上述加載方法對(duì)粘貼電阻應(yīng) 變片的測(cè)力鎖腳錨管進(jìn)行加載測(cè)試。
[0058] (4)對(duì)測(cè)力鎖腳錨管的測(cè)試數(shù)據(jù)與理論值進(jìn)行對(duì)比分析。置于支撐架上的測(cè)力鎖 腳錨管可以看作簡(jiǎn)支梁受集中荷載F作用，其受力圖、彎矩圖分別如圖9和圖10所示。
[0059] 對(duì)于梁AC段:其彎矩為 (〇<λ<α)
[0060] 對(duì)于梁BC段:其彎矩為 (α<τ<1)
[0061] 對(duì)于錨管管身各點(diǎn)的應(yīng)力
；中7為鎖腳錨管管身各測(cè)點(diǎn)距中性軸的距 離。
[0062] 其中
其中D為測(cè)力鎖腳錨管的外徑，d為內(nèi)徑。
[0063] 繼而可求得對(duì)應(yīng)各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變:￡ = ^ E
[0064] 由于測(cè)力鎖腳錨管管身最左側(cè)、最右側(cè)測(cè)點(diǎn)處的y值均為0,最上側(cè)、最下側(cè)測(cè)點(diǎn)處 的y值相等，即測(cè)力鎖腳錨管最左側(cè)、最右側(cè)測(cè)點(diǎn)處的理論應(yīng)變值ε左=￡右=〇,最上側(cè)、最下 側(cè)測(cè)點(diǎn)處的理論應(yīng)變{
[0065] 參見(jiàn)圖7:選定的鎖腳錨管測(cè)力裝置的測(cè)試斷面，測(cè)試斷面1，2,3,4,5分別距離鎖 腳錯(cuò)管端頭 45cm，75cm，115cm，165cm，235cm。
[0066] 參見(jiàn)圖8:-種連接電阻應(yīng)變測(cè)試儀的帶補(bǔ)償1/4橋路接法，包括測(cè)試應(yīng)變所用的 工作電阻片接法和溫度補(bǔ)償電阻片接法。
[0067] 實(shí)施例：
[0068] 本次試驗(yàn)選擇在陜西省長(zhǎng)安大學(xué)橋梁與隧道重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，以焊接的鋼支撐架 來(lái)作為簡(jiǎn)支梁兩端的鉸支撐，以測(cè)力鎖腳錨管作為簡(jiǎn)支梁的橫梁部分，通過(guò)在加載圓環(huán)正 下方堆放砝碼來(lái)模擬簡(jiǎn)支梁所受的集中荷載。試驗(yàn)主要目的是對(duì)埋設(shè)裸光纖光柵的測(cè)力鎖 腳錨管與粘貼電阻應(yīng)變片的測(cè)力鎖腳錨管在荷載作用下的測(cè)試性能進(jìn)行對(duì)比，即采用光測(cè) 法與電測(cè)法時(shí)測(cè)力鎖腳錨管的測(cè)試性能進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)埋設(shè)光纖光柵的測(cè)力鎖腳錨管受力 特性情況進(jìn)行分析。本次試驗(yàn)電測(cè)法所用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為T(mén)ST3821E無(wú)線(xiàn)遙測(cè)靜態(tài)應(yīng)變 儀，采用帶溫度補(bǔ)償?shù)?/4橋路接法測(cè)試錨管管身各測(cè)點(diǎn)處的應(yīng)變值;本次試驗(yàn)光測(cè)法所用 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為MOI公司生產(chǎn)的SM130-100HZ光纖光柵解調(diào)儀，且試驗(yàn)過(guò)程中考慮溫度引 起的交叉敏感問(wèn)題，所以對(duì)鎖腳錨管管身埋設(shè)的裸光纖光柵進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以消除溫度對(duì) 應(yīng)變變化的影響。在對(duì)埋設(shè)裸光纖光柵的測(cè)力鎖腳錨管進(jìn)行加載試驗(yàn)時(shí)，選用不受力的光 纖光柵溫度傳感器置于錨管內(nèi)部來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，最后求到各測(cè)點(diǎn)的真實(shí)應(yīng)變值ε。
[0069]
[0070]
[0071]
[0072] 式中：ε為由荷載作用引起的各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變量，ΔλΒ為由荷載和溫度引起的各測(cè)點(diǎn) 的波長(zhǎng)漂移量，λΒ為由荷載和溫度共同作用引起的錨管各測(cè)點(diǎn)處的波長(zhǎng)值，4。為鎖腳錨管 各測(cè)點(diǎn)處光纖光柵的初始波長(zhǎng)，Αλ τ為由溫度引起的光纖光柵溫度傳感器的波長(zhǎng)漂移量，λτ 為在溫度作用下光纖光柵溫度傳感器的的波長(zhǎng)值，40為光纖光柵溫度傳感器的初始波長(zhǎng)， αε為光纖光柵的應(yīng)變靈敏度系數(shù)。
[0073]對(duì)比鎖腳錨管測(cè)力裝置測(cè)試性能方法的步驟：
[0074] (1)埋設(shè)光纖光柵測(cè)力鎖腳錨管的制作。本次試驗(yàn)鎖腳錨管采用長(zhǎng)度2.5m、直徑 50mm、壁厚為4mm的熱乳無(wú)縫鋼管，各測(cè)試斷面分別選取在距鎖腳錨管端口 0.45m、0.75m、 1.15m、1.65m、2.35m的位置，參見(jiàn)圖7。根據(jù)事先制定的實(shí)驗(yàn)方案，制作時(shí)，首先利用銑刀從 距鎖腳錨管端口 0.4m的位置開(kāi)始，分別在鎖腳錨管管身的最上方、最下方、最左方、最右方 四個(gè)位置沿長(zhǎng)度方向，切割一道長(zhǎng)度2m、寬1mm、深I(lǐng)mm的長(zhǎng)槽，并在長(zhǎng)槽兩端進(jìn)行鉆孔，為降 低管身小孔對(duì)錨管強(qiáng)度的影響，上下孔與左右孔采用交錯(cuò)布置的形式，即上下孔從距鎖腳 錨管端口 0.4m、2.39m的位置傾斜地打入直徑3.5mm小孔，左右孔從距鎖腳錨管端口 0.41m、 2.4m的位置處傾斜地打入直徑3.5mm小孔;其次用砂紙對(duì)管身刻槽進(jìn)行打磨，使其光滑平 整，并用蘸有無(wú)水酒精的脫脂棉球?qū)苌戆疾奂捌涓浇磸?fù)進(jìn)行擦拭清洗，來(lái)去除長(zhǎng)槽表 面的鐵銹和油污;然后利用紫外激光經(jīng)過(guò)振幅掩模板曝光光纖來(lái)形成周期性分布的光纖光 柵，并利用分厘卡驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)光柵進(jìn)行高精度的手動(dòng)調(diào)整，來(lái)使其在封裝階段達(dá)到預(yù)期 的中心波長(zhǎng);最后將裸光纖光柵放置在管身凹槽內(nèi)，通過(guò)向凹槽內(nèi)注入航天膠來(lái)進(jìn)行封裝， 在錨管管身纏繞金屬膠帶進(jìn)行保護(hù)，注意裸光纖光柵的柵區(qū)位置與試驗(yàn)預(yù)設(shè)測(cè)點(diǎn)位置一一 對(duì)應(yīng)，并對(duì)鉆孔附近的光纖進(jìn)行鎧裝，將鎧裝形成的光纜從錨管兩端的鉆孔中引入錨管內(nèi) 部后從錨管端口引出，接上FC/APC接頭，形成冗余。
[0075] (2)粘貼電阻應(yīng)變片測(cè)力鎖腳錨管的制作。同樣選取與光測(cè)法用縮腳錨管同一批 次、同一型號(hào)長(zhǎng)度2.5m、直徑50mm、壁厚為4mm的熱乳無(wú)縫鋼管，各測(cè)試斷面同樣選取在距鎖 腳錨管端口 0.45m、0.75m、1.15m、1.65m、2.35m的位置。制作時(shí)，首先用打磨機(jī)對(duì)各測(cè)試斷面 位置進(jìn)行進(jìn)行打磨拋光，并用沾有無(wú)水酒精的脫脂棉球沿一個(gè)方向?qū)y(cè)試斷面的貼片部位 擦拭干凈，以去除錨管表面的鐵銹和油污;然后在鎖腳錨管各測(cè)試斷面圓周最上、最下、最 左、最右四個(gè)位置處用502膠粘貼電阻應(yīng)變片，采用302膠粘貼接線(xiàn)端子，并將應(yīng)變片引出線(xiàn) 焊接到接線(xiàn)端子的一端，接線(xiàn)端子的另一端與導(dǎo)線(xiàn)焊接，本次試驗(yàn)采用的是BF350-6AA型的 電阻應(yīng)變片，電阻值350 Ω，靈敏系數(shù)2.11;最后對(duì)貼片處進(jìn)行保護(hù)，利用在應(yīng)變片和接線(xiàn)端 子的表面涂刷一定厚度的704膠水對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，并對(duì)引出的導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行編號(hào)整理。
[0076] (3)試驗(yàn)裝置的安裝。本次試驗(yàn)所用的支撐架采用矩形鋼管和圓形鋼管焊接而成， 采用矩形鋼管垂直焊接作為整個(gè)支撐架的底座部分，長(zhǎng)圓形鋼管與短圓形鋼管垂直焊接作 為支撐部分，整個(gè)支撐架高55cm。采用內(nèi)徑53mm的加載圓環(huán)套于測(cè)力鎖腳錨管管身之上，來(lái) 提供集中荷載，加載圓環(huán)的頂端位置進(jìn)行鉆孔攻絲來(lái)連接螺栓，螺栓端頭經(jīng)過(guò)打磨削尖，圓 環(huán)底端焊接螺帽用于懸掛加載時(shí)的砝碼。如圖11-圖15,試驗(yàn)時(shí)，首先將支撐架放置于平整 的地面上并進(jìn)行調(diào)整使兩個(gè)支撐架軸線(xiàn)處于同一直線(xiàn)上;然后將測(cè)力鎖腳錨管置于支撐架 之上，且測(cè)力鎖腳錨管兩端各預(yù)留5cm，并旋轉(zhuǎn)測(cè)力鎖腳錨管使其正下方位置與支撐架頂端 圓管垂直相切;最后將圓環(huán)滑動(dòng)到預(yù)先設(shè)定的加載位置，并擰緊螺栓。本次試驗(yàn)共設(shè)定3處 加載位置，分別距鎖腳錨管端口 60cm、125cm、190cm 〇
[0077] (4)對(duì)埋設(shè)光纖光柵測(cè)力鎖腳錨管進(jìn)行加載測(cè)試。首先將引出4根鎧裝光纜與光纖 光柵溫度傳感器同時(shí)連接至光纖光柵解調(diào)儀，并將光纖光柵傳感器塞入錨管底部端口處， 以確保兩者處于同一溫度環(huán)境場(chǎng)中且光纖光柵傳感器不受力的作用;其次將加載圓環(huán)滑動(dòng) 至距錨管端口 125cm位置處，擰緊螺栓，并記錄各測(cè)點(diǎn)處光纖光柵的初始波長(zhǎng);然后進(jìn)行加 載，每次懸掛重IOkg的砝碼，停留IOmin后記錄一組讀數(shù)，直到加載至50kg時(shí)停止;最后按照 上述方法分別將圓環(huán)滑動(dòng)至距錨管端口 60cm、190cm位置處進(jìn)行加載并記錄讀數(shù)。
[0078] (5)對(duì)粘貼電阻應(yīng)變片測(cè)力鎖腳錨管進(jìn)行加載測(cè)試。首先將連接各測(cè)點(diǎn)的導(dǎo)線(xiàn)和 溫度補(bǔ)償塊按帶溫度補(bǔ)償?shù)?/4橋接法接入靜態(tài)應(yīng)變采集儀，溫度補(bǔ)償塊與鎖腳錨管采用 相同材料，利用一段長(zhǎng)30cm的錨管制成，并與電測(cè)法用鎖腳錨管粘貼相同的電阻應(yīng)變片;然 后將圓環(huán)滑動(dòng)至距錨管端口 125cm位置處，擰緊螺栓后進(jìn)行加載，每次懸掛重IOkg的砝碼， 停留IOmin后記錄一組讀數(shù)，直到加載至50kg時(shí)停止;最后按照上述方法分別將圓環(huán)滑動(dòng)至 距錨管端口 60cm、190cm位置處進(jìn)行加載并記錄讀數(shù)。
[0079] (6)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析:從圖16和圖17可以看出，當(dāng)在距測(cè)力鎖腳錨管端口60cm位 置處施加荷載作用時(shí)，兩種測(cè)力鎖腳錨管管身正上方、正下方各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論 值基本吻合，變化規(guī)律一致。對(duì)于兩種測(cè)力鎖腳錨管管身正左方、正右方各測(cè)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，理論 測(cè)試值均為〇,從圖18和圖19的測(cè)量結(jié)果可以看出，埋設(shè)光纖光柵的測(cè)力鎖腳錨管管身各測(cè) 點(diǎn)的實(shí)測(cè)值基本處在〇值附近，最大偏差僅僅6με，而粘貼電阻應(yīng)變片的測(cè)力鎖腳錨管管身 各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值與理論值存在很大偏差，最大偏差為20με。
[0080]從圖20和圖21可以看出，當(dāng)在距測(cè)力鎖腳錨管端口 125cm位置處施加荷載作用時(shí)， 兩種測(cè)力鎖腳錨管管身正上方、正下方各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論值基本吻合，變化規(guī)律 一致。對(duì)于兩種測(cè)力鎖腳錨管管身正左方、正右方各測(cè)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，理論測(cè)試值均為0,從圖22和 圖23的測(cè)量結(jié)果可以看出，埋設(shè)光纖光柵的測(cè)力鎖腳錨管管身各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值基本處在0 值附近，最大偏差僅僅9με，而粘貼電阻應(yīng)變片的測(cè)力鎖腳錨管管身各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值與理論 值存在很大偏差，最大偏差為25με。
[0081 ] 從圖24和圖25可以看出，當(dāng)在距鎖腳錨管端口 190cm位置處施加荷載作用時(shí)，兩種 測(cè)力鎖腳錨管管身正上方、正下方各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論值基本吻合，變化規(guī)律一致。 對(duì)于兩種測(cè)力鎖腳錨管管身正左方、正右方各測(cè)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，理論測(cè)試值均為〇,從圖26和圖27 的測(cè)量結(jié)果可以看出，埋設(shè)光纖光柵的測(cè)力鎖腳錨管管身各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值基本處在〇值附 近，最大偏差僅僅4με，而粘貼電阻應(yīng)變片的測(cè)力鎖腳錨管管身各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值與理論值存 在很大偏差，最大偏差為27με。
[0082]從上述對(duì)比結(jié)果可以看出，埋設(shè)光纖光柵的測(cè)力鎖腳錨管在測(cè)試鎖腳錨管受力特 性過(guò)程中數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，誤差小，將其應(yīng)用于實(shí)際隧道施工中來(lái)研究鎖腳錨管的受力特性 及作用機(jī)理是可行的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的裝置，其特征在于:包括測(cè)力鎖腳錨管(20)， 所述的測(cè)力鎖腳錨管(20)的兩端分別放置于支撐架（11)之上，所述的測(cè)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(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)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(cè)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(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)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(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的裝置，其特征在于:所 述的測(cè)力鎖腳錨管(20)包括兩種，分別為埋設(shè)光纖光柵的測(cè)力鎖腳錨管和粘貼電阻應(yīng)變片 的測(cè)力鎖腳錨管。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的測(cè)試方法，其特征在 于:所述的測(cè)試方法為:將一副支撐架（11)擺放在水平地面上，并使其軸線(xiàn)處于同一水平線(xiàn) 上;然后將兩種測(cè)力鎖腳錨管先后放置在支撐架的圓柱形鋼棒（19)之間，并使其與圓柱形 鋼管二（18)相互垂直，將加載圓環(huán)（12)套于測(cè)力鎖腳錨管管身，并滑動(dòng)至預(yù)定加載位置后， 擰緊加載圓環(huán)頂部的螺栓（15);最后分別對(duì)兩種測(cè)力鎖腳錨管進(jìn)行逐級(jí)加載，每級(jí)加載 100N，每次加載后停留至數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進(jìn)行下一級(jí)加載，最后將兩種方法對(duì)管身各測(cè)點(diǎn)的測(cè) 試結(jié)果與理論值進(jìn)行誤差對(duì)比來(lái)分析評(píng)判兩種測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能。
【文檔編號(hào)】G01L1/22GK105890829SQ201610329510
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】陳建勛, 羅彥斌, 李棟, 刁鵬升, 翟宇輝
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)安大學(xué)