一種測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及礦山支護【技術領域】，具體涉及了一種測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺。該試驗臺的工作測試臺內(nèi)設有用于錨固錨桿的鉆孔模型，錨桿一端錨固在鉆孔模型內(nèi)，錨桿的另一端安裝托盤并擰緊螺母固定在沖擊梁的端面上；拉伸頂梁在驅動機構的帶動下頂推作用于沖擊梁，以使錨桿承受軸向拉伸載荷并發(fā)生軸向拉伸變形；負荷傳感器位于沖擊梁和拉伸頂梁之間，用于測試軸向拉伸載荷，位移傳感器分別安裝于錨桿的兩端，用于測試軸向變形量。該試驗臺在實驗室內(nèi)實現(xiàn)對錨桿支護過程軸向力和軸向變形的測試，為錨桿支護理論研究和復雜應力條件下的錨桿支護設計提供依據(jù)，對深化錨桿支護機理研究，保證工程安全具有重要意義。
【專利說明】一種測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及礦山支護【技術領域】，尤其涉及一種測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺。

【背景技術】
[0002]目前，錨桿支護已成為煤礦巷道安全高效的主要支護方式，在我國煤礦巷道中得到大面積推廣應用。錨桿支護是將錨桿錨固于煤巖體內(nèi)，擰緊桿尾螺母，對圍巖施加預應力，約束巷道圍巖的變形離層、碎脹與滑移錯動。
[0003]錨桿支護施工過程中，安裝托盤擰緊螺母時，在錨桿體內(nèi)形成初始軸向拉伸載荷，并產(chǎn)生初始軸向變形。錨桿安裝完成后支護過程中，圍巖離層碎脹變形時，錨桿承受的軸向拉伸載荷與軸向變形量增加。此外，圍巖變形引起的鉆孔破壞，影響錨桿錨固段的穩(wěn)定，甚至造成錨桿在一定軸向載荷作用下沿鉆孔軸向滑動。桿體承受的軸向載荷或軸向變形達到桿體極限承載力或極限變形量，是錨桿最終破壞的主要形式。研究錨桿支護過程承受軸向載荷與軸向變形性能，對深化錨桿支護機理研究，提高錨桿支護可靠性，保證工程安全具有重要意義。
[0004]研究錨桿承受軸向荷載與軸向變形性能的方法主要有兩大類:井下試驗與實驗室試驗。
[0005]井下試驗測試的錨桿的軸向受力，包括了剪切載荷、彎曲載荷等各種復雜外力作用下，在桿體內(nèi)形成的總軸向載荷，只能反映錨桿在各種應力綜合作用下形成的總軸向應力或總軸向載荷大小，無法區(qū)分實際載荷對錨桿的作用方式及幅度，不能測試圍巖離層碎脹時桿體軸向載荷。因不能取出錨固在圍巖內(nèi)的錨桿，只能測試巷道圍巖的移近量分析支護區(qū)巖層的變形，無法測試錨桿的實際變形。此外，由于井下特殊的環(huán)境，一些先進的監(jiān)測方法與儀器的應用也受到限制，而且能夠監(jiān)測的錨桿數(shù)量有限，代表性不足。
[0006]實驗室試驗目前主要依據(jù)試驗標準進行錨桿桿體材料試件的拉伸試驗，測試錨桿的軸向承載力和拉伸過程的桿體軸向變形，雖然測試的數(shù)據(jù)準確，能夠反映錨桿材料的基本力學性能。但是，室內(nèi)試驗只反映錨桿材料力學指標，無法模擬錨桿支護過程在圍巖離層碎脹時的軸向受力情況，也無法測試出錨桿支護過程的軸向承載力和實際軸向變形。
[0007]因此，針對以上不足，需要一種能夠在實驗室內(nèi)模擬錨桿安裝和工作過程軸向受力與變形的試驗臺。
實用新型內(nèi)容
[0008](一 )要解決的技術問題
[0009]本實用新型要解決的技術問題是提供了一種測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺，使得在實驗室內(nèi)能夠模擬錨桿安裝和工作過程軸向受力變化與變形，并且能夠準確有效地測試出錨桿錨固后的軸向受力與軸向變形過程。
[0010](二)技術方案
[0011]為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺，該試驗臺包括用于礦山支護的錨桿，該試驗臺還包括工作測試臺、拉伸裝置、驅動機構、負荷傳感器和位移傳感器，所述工作測試臺內(nèi)設有用于錨固錨桿的鉆孔模型，所述拉伸裝置包括沖擊梁和拉伸頂梁，所述錨桿一端錨固在鉆孔模型內(nèi)，另一端固定在沖擊梁的端面上；所述拉伸頂梁在驅動機構的帶動下頂推作用于沖擊梁，以使所述錨桿承受軸向拉伸載荷并發(fā)生軸向拉伸變形；所述負荷傳感器位于沖擊梁和拉伸頂梁之間，用于測試所述軸向拉伸載荷，所述位移傳感器分別安裝于錨桿的兩端，用于測試所述軸向變形量。
[0012]其中，所述驅動機構為兩個油缸，所述油缸通過機架安裝在工作測試臺上，且所述油缸的活塞桿與拉伸頂梁固定連接，用于驅動所述拉伸頂梁沿錨桿的軸向頂推作用于所述沖擊梁上，所述沖擊梁帶動所述錨桿產(chǎn)生軸向拉伸載荷并發(fā)生軸向拉伸變形。
[0013]其中，所述油缸對稱設置于鉆孔模型的兩側，所述油缸的活塞桿與鉆孔模型的軸線平行。
[0014]其中，所述錨桿穿過沖擊梁和拉伸頂梁且錨固于鉆孔模型內(nèi)，通過螺母、托盤、調(diào)心球形墊圈鎖緊于沖擊梁的端面上。
[0015]其中，所述錨桿通過錨固劑與構成鉆孔模型的煤巖體物理模型粘結。
[0016]其中，所述位移傳感器通過外部支架安裝于錨桿的兩端。
[0017]其中，所述位移傳感器的數(shù)量為兩個，其中一個所述位移傳感器位于錨桿的鉆孔模型外露端，且與錨桿端面中心處相連；另一個所述位移傳感器位于錨桿的鉆孔模型孔底端，且穿過固定扭矩傳感器中心孔與錨桿端面中心處相連。
[0018](三)有益效果
[0019]本實用新型的上述技術方案具有以下有益效果:本實用新型測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺使得在實驗室內(nèi)能夠模擬錨桿錨固后安裝預緊和工作過程錨桿軸向受力變化與變形，并且能夠準確有效地測試出錨桿錨固后軸向承載力與軸向變形性能；通過將負荷傳感器安裝于沖擊梁和拉伸頂梁之間，用于測試沖擊梁和拉伸頂梁之間的正壓力。位移傳感器安裝于錨桿的兩端，用于測試錨桿端部的位移量，將兩個位移量代數(shù)求和計算得出錨桿軸向的絕對形變量，實現(xiàn)準確有效地測試出錨桿錨固后軸向承載力與軸向變形性能；通過該測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺，可實現(xiàn)在實驗室內(nèi)對錨桿錨固后軸向承載力與軸向變形性能的測試，為錨桿支護理論研究和復雜應力條件下的錨桿支護設計提供依據(jù)，對深化錨桿支護機理研究，提高錨桿支護可靠性，保證工程安全具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型實施例測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺的剖視圖。
[0021]其中，2:工作測試臺；5:錨桿；6:拉伸裝置；61:拉伸頂梁；62:沖擊梁；71:驅動機構；93:煤巖體物理模型；103:負荷傳感器；106:位移傳感器；107:固定扭矩傳感器。

【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例對本實用新型的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不能用來限制本實用新型的范圍。
[0023]在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上；術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0024]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
[0025]如圖1所示，本實施例所述的一種測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺包括用于礦山支護的錨桿5，該試驗臺還包括工作測試臺2、拉伸裝置6、驅動機構71、負荷傳感器103和位移傳感器106，工作測試臺2內(nèi)設有用于錨固錨桿5的鉆孔模型，且錨桿5通過螺母鎖緊安裝于鉆孔模型的孔口處，拉伸裝置6包括沖擊梁62和拉伸頂梁61，沖擊梁62與拉伸頂梁61對應設置，錨桿5 —端錨固在鉆孔模型內(nèi)，錨桿5的另一端固定在沖擊梁62的端面上；拉伸頂梁61在驅動機構71的帶動下，沿錨桿5軸向頂推作用于沖擊梁62，以使錨桿5承受軸向拉伸載荷并發(fā)生軸向拉伸變形，負荷傳感器103安裝于沖擊梁62和拉伸頂梁61之間，用于測試沖擊梁62和拉伸頂梁61之間的正壓力，即為軸向拉伸載荷；位移傳感器106分別安裝于錨桿5兩端，用于測試錨桿5端部產(chǎn)生的位移量。
[0026]位移傳感器106可以測試圍巖變形過程，錨桿5在拉伸、剪切、沖擊等各種載荷作用下產(chǎn)生的軸向變形，不僅限于軸向載荷引起的錨桿5軸向變形。
[0027]為了實現(xiàn)該試驗臺的自動化控制，驅動機構71為兩個油缸，油缸通過油缸機架安裝在工作測試臺2上，且油缸的活塞桿與拉伸頂梁61固定連接，用于驅動拉伸頂梁61沿錨桿5的軸向頂推作用于沖擊梁62上，沖擊梁62帶動錨桿5產(chǎn)生軸向拉伸載荷并發(fā)生軸向拉伸變形。
[0028]為了提高油缸的工作效率，油缸對稱設置于錨桿5的兩側，油缸的活塞桿與錨桿5的軸向平行，利用的活塞桿的頂推作用驅動拉伸頂梁61沿錨桿5的軸向移動，拉伸頂梁61和沖擊梁62上分別設有用于套設錨桿5的通孔，拉伸頂梁61活動穿設于錨桿5上，拉伸頂梁61的通孔與錨桿5桿體之間存在空隙，拉伸頂梁61沿錨桿5軸向移動并作用于沖擊梁62上，在拉伸頂梁61與沖擊梁62之間形成正壓力，錨桿5穿設且固定于沖擊梁62上，將正壓力轉化外錨桿5桿體承受的拉伸應力。
[0029]錨桿5穿過沖擊梁62和拉伸頂梁61且錨固于鉆孔模型內(nèi)，并通過螺母、托盤、調(diào)心球形墊圈鎖緊于沖擊梁62端面上。錨桿5通過錨固劑與鉆孔模型的煤巖體物理模型93粘結。錨桿5桿體在受到拉伸載荷發(fā)生軸向變形時,錨桿5兩端會產(chǎn)生位移。
[0030]煤巖體物理模型93優(yōu)選為真實的煤或巖石，煤巖體物理模型93也可為與煤、巖石相似的其他工程材質制成的鉆孔模型；錨固劑是由不飽和聚酯樹脂、固化劑、促進劑和其它輔料，按一定比例配制而成的粘稠狀錨固粘接材料，由聚酯薄膜分割包裝呈圓柱狀藥卷，具有攪拌后常溫固化快，粘接強度高，錨固力可靠和耐久力好等優(yōu)良性能，確保測試數(shù)據(jù)的真實性。
[0031]此外，位移傳感器106通過外部支架安裝于錨桿5的兩端。
[0032]優(yōu)選地,位移傳感器106的數(shù)量為兩個,其中一個位移傳感器106位于錨桿5的鉆孔模型外露端，且與錨桿5端面中心處相連；另一個位移傳感器106位于錨桿5的鉆孔模型孔底端，且穿過固定扭矩傳感器107的中心孔與錨桿5端面中心處相連。
[0033]通過該測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺，可實現(xiàn)在實驗室內(nèi)對錨桿錨固后軸向承載力與軸向變形性能的測試，為錨桿支護理論研究和復雜應力條件下的錨桿支護設計提供依據(jù)，對深化錨桿支護機理研究，提高錨桿支護可靠性，保證工程安全具有重要意義。
[0034]本實用新型還提供了一種根據(jù)所述的測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺的測試方法，包括如下步驟:
[0035]S1、將待測的錨桿一端錨固于工作測試臺的鉆孔模型內(nèi)；在錨桿的鉆孔模型外露端上安裝螺母、托盤、調(diào)心球形墊圈并擰緊螺母，鎖緊于沖擊梁的端面上。
[0036]S2、通過驅動機構帶動拉伸頂梁頂推作用于沖擊梁，使錨桿承受軸向拉伸載荷，并產(chǎn)生軸向拉伸變形；
[0037]S3、通過負荷傳感器測試拉伸頂梁與沖擊梁之間的正壓力，正壓力與軸向拉伸載荷大小相同；
[0038]S4、通過位移傳感器分別測試錨桿兩端的位移量，并將所測位移量代數(shù)求和，得出錨桿軸向絕對形變量。
[0039]其中，在步驟S2中利用液壓系統(tǒng)壓力傳感器，測試油缸供液系統(tǒng)的壓力，并通過控制系統(tǒng)控制先導比例減壓閥動作以改變供液系統(tǒng)的壓力，從而調(diào)節(jié)油缸活塞桿的推力；利用節(jié)流閥控制液壓系統(tǒng)流量，以改變油缸活塞桿的伸出速度，進而控制錨桿軸向加載速度。
[0040]其中，在步驟S4中位移傳感器利用外部支架獨立設置在錨桿兩端，其中一個位移傳感器位于錨桿的鉆孔模型外露端，并直接以錨桿端部中心作為測點；另一個位移傳感器位于錨桿的鉆孔模型底端，并穿過固定扭矩傳感器的中心孔插入鉆孔模型內(nèi)，以錨固端錨桿端面中心為測點。
[0041]該試驗臺用于模擬井下實際情況，測試錨桿安裝預緊時(安裝托盤并擰緊螺母)和錨桿支護工作過程圍巖碎脹時作用于錨桿的純軸向拉伸載荷；測試錨桿的兩端變形，代數(shù)求和獲得的軸向拉伸變形為錨桿桿體的絕對變形，消除了錨固端滑移以及鉆孔模型變形對測試結果的影響；模擬錨桿工作過程，利用拉伸油缸施加的軸向拉伸載荷，不僅可利用本方案中安裝的負荷傳感器測試，也可以通過測試油缸供液系統(tǒng)壓力、油缸伸縮阻力、油缸活塞面積等經(jīng)計算獲得；該試驗臺的加載控制和試驗數(shù)據(jù)采集與處理，全部采用計算機程序化。
[0042]本實用新型測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺使得在實驗室內(nèi)能夠模擬錨桿安裝預緊銀和工作過程軸向受力變化與變形，并且能夠準確有效地測試出錨桿錨固后軸向承載力與軸向變形性能；通過將負荷傳感器安裝于沖擊梁和拉伸頂梁之間，用于測試沖擊梁和拉伸頂梁之間的正壓力。位移傳感器安裝于錨桿的兩端，用于測試錨桿端部產(chǎn)生的位移量，將兩個位移量代數(shù)求和計算得出錨桿軸向的絕對形變量，實現(xiàn)準確有效地測試出錨桿錨固后軸向承載力與軸向變形性能；通過該測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺，可實現(xiàn)在實驗室內(nèi)對錨桿軸向載荷與軸向變形性能的測試，為錨桿支護理論研究和復雜應力條件下的錨桿支護設計提供依據(jù)，對深化錨桿支護機理研究，提高錨桿支護可靠性，保證工程安全具有重要意義。
[0043]本實用新型的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本實用新型限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本實用新型的原理和實際應用，并且使本領域的普通技術人員能夠理解本實用新型從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
【權利要求】
1.一種測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺，包括用于礦山支護的錨桿(5)，其特征在于，還包括工作測試臺(2)、拉伸裝置(6)、驅動機構(71)、負荷傳感器(103)和位移傳感器(106)，所述工作測試臺⑵內(nèi)設有用于錨固錨桿(5)的鉆孔模型，所述拉伸裝置(6)包括沖擊梁￠2)和拉伸頂梁(61)，所述錨桿(5) —端錨固在鉆孔模型內(nèi)，另一端固定在所述沖擊梁(62)的端面上；所述拉伸頂梁(61)在驅動機構(71)的帶動下頂推作用于沖擊梁(62)，以使所述錨桿(5)承受軸向拉伸載荷并發(fā)生軸向拉伸變形；所述負荷傳感器(103)位于沖擊梁(62)和拉伸頂梁(61)之間，用于測試所述軸向拉伸載荷，所述位移傳感器(106)分別安裝于錨桿(5)的兩端，用于測試所述軸向變形量。
2.根據(jù)權利要求1所述的測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺，其特征在于，所述驅動機構(71)為兩個油缸，所述油缸通過油缸機架安裝在工作測試臺(2)上，且所述油缸的活塞桿與拉伸頂梁(61)固定連接，用于驅動所述拉伸頂梁(61)沿錨桿(5)的軸向頂推作用于所述沖擊梁(62)上，所述沖擊梁(62)帶動所述錨桿(5)產(chǎn)生軸向拉伸載荷并發(fā)生軸向拉伸變形。
3.根據(jù)權利要求2所述的測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺，其特征在于，所述油缸對稱設置于鉆孔模型的兩側，所述油缸的活塞桿與鉆孔模型的軸線平行。
4.根據(jù)權利要求3所述的測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺，其特征在于，所述錨桿(5)穿過沖擊梁￠2)和拉伸頂梁￠1)且錨固于鉆孔模型內(nèi)，錨桿的鉆孔模型外露端通過螺母、托盤、調(diào)心球形墊圈鎖緊于沖擊梁￠2)的端面上。
5.根據(jù)權利要求4所述的測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺，其特征在于，所述錨桿(5)通過錨固劑與構成鉆孔模型的煤巖體物理模型(93)粘結。
6.根據(jù)權利要求5所述的測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺，其特征在于，所述位移傳感器(106)通過外部支架安裝于錨桿(5)的兩端。
7.根據(jù)權利要求6所述的測試錨桿軸向載荷與軸向變形的試驗臺，其特征在于，所述位移傳感器(106)的數(shù)量為兩個,其中一個所述位移傳感器(106)位于錨桿(5)的鉆孔模型外露端，且與錨桿(5)端面中心處相連；另一個所述位移傳感器(106)位于錨桿(5)的鉆孔模型孔底端，且穿過固定扭矩傳感器(107)的中心孔與錨桿(5)端面中心處相連。
【文檔編號】G01N3/02GK204008301SQ201420358378
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權日:2014年6月30日
【發(fā)明者】康紅普, 吳擁政, 楊景賀, 林健, 呂華文, 邵培森, 蔡嘉芳 申請人:天地科技股份有限公司