一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的裝置。本實(shí)用新型安裝方便、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)。本實(shí)用新型采用的技術(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。
【專利說明】
一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種對(duì)比隧道測(cè)力鎖腳錨管測(cè)試性能的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國社會(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，其開挖斷面也在不斷增 大，遇到的難題也越來越多。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(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)還是通過工程經(jīng)驗(yàn)類比和數(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，可見尋求一種對(duì)比方法來對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證的重要 性。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型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，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)存在的問題，本實(shí)用新型的技術(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 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(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] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下：
[0011] 1、本實(shí)用新型基于兩端鉸支簡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。
[0012] 2、本實(shí)用新型安裝方法簡單、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。
[0013] 3、本實(shí)用新型通過將測(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， 來模擬簡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。
[0014] 4、本實(shí)用新型的測(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。
【附圖說明】
[0015] 圖1本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2本實(shí)用新型支撐架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3本實(shí)用新型加載圓環(huán)的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0018]圖4本實(shí)用新型埋設(shè)光纖光柵鎖腳錨管測(cè)力裝置示意圖；
[0019]圖5本實(shí)用新型埋設(shè)光纖光柵鎖腳錨管測(cè)力裝置斷面圖；
[0020]圖6本實(shí)用新型粘貼電阻應(yīng)變片鎖腳錨管測(cè)力裝置示意圖；
[0021 ]圖7本實(shí)用新型帶補(bǔ)償1/4橋路連接電阻應(yīng)變測(cè)試儀示意圖；
[0022]圖8本實(shí)用新型對(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；
[0023]圖9本實(shí)用新型對(duì)比試驗(yàn)中測(cè)力鎖腳錨管受力彎矩圖；
[0024] 附圖標(biāo)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(yīng)變片，9 一導(dǎo)線，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】
[0025] 下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本設(shè)計(jì)做詳細(xì)描述：
[0026] 參見圖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(cè)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(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。
[0030]參見圖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的管身上沿管長度方向設(shè)置有相對(duì)稱的4 個(gè)長槽3,4個(gè)長槽3的軸線相平行，每個(gè)長槽3的兩端設(shè)置有圓孔一 2和圓孔二4,每個(gè)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(gè)光柵，長槽外的裸光纖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(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。
[0032] 參見圖6,圖7: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9,導(dǎo)線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10。
[0033] 本實(shí)用新型通過將測(cè)力鎖腳錨管置于測(cè)試裝置上，并進(jìn)行逐級(jí)加載，來對(duì)比分析 兩種測(cè)力鎖腳錨管的測(cè)試性能。
[0034]本實(shí)用新型具體實(shí)施方法為：
[0035] (1)首先，準(zhǔn)備一根埋設(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 模擬簡支梁兩端的鉸支座，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。
[0036] (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(bǔ)償測(cè)力鎖腳 錨管各測(cè)點(diǎn)處荷載作用引起的波長變化，并將其轉(zhuǎn)換成各測(cè)點(diǎn)處的應(yīng)變量。
[0037] (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(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。
[0038] (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(duì)于梁AC段:其彎矩為
[0040] 對(duì)于梁BC段:其彎矩為' .1 .
[0041] 對(duì)于錨管管身各點(diǎn)的應(yīng)力彳
其中y為鎖腳錨管管身各測(cè)點(diǎn)距中性軸的距 離。
[0042] 其中
實(shí)中D為測(cè)力鎖腳錨管的外徑，d為內(nèi)徑。
[0043] 繼而可求得對(duì)應(yīng)各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變# = | E.
[0044] 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)變信
【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。
【文檔編號(hào)】G01L1/22GK205655948SQ201620452171
【公開日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日 公開號(hào)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(qǐng)人】長安大學(xué)