一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置及測試方法。本發(fā)明安裝方便、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。本發(fā)明采用的技術(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。通過將兩種測力鎖腳錨管分別方置于支撐架之上，進行逐級加載測試，并對測力鎖腳錨管管身各測試的測量結(jié)果與理論值進行對比，來分析評判兩種測力鎖腳錨管的測試性能。
【專利說明】
一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的裝置及測試方法。
【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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明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及其測試方法， 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，本發(fā)明的技術(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] 所述的一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的測試方法為:將一副支撐架擺放在 水平地面上，并使其軸線處于同一水平線上;然后將兩種測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)套于測力鎖腳錨管管身， 并滑動至預定加載位置后，擰緊加載圓環(huán)頂部的螺栓;最后分別對兩種測力鎖腳錨管進行 逐級加載，每級加載100N，每次加載后停留至數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進行下一級加載，最后將兩種方法 對管身各測點的測試結(jié)果與理論值進行誤差對比來分析評判兩種測力鎖腳錨管測試性能。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下：
[0012] 1、本發(fā)明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。
[0013] 2、本發(fā)明安裝方法簡單、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。
[0014] 3、本發(fā)明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。
[0015] 4、本發(fā)明的測試結(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】
[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力裝置斷面圖；
[0021 ]圖6本發(fā)明粘貼電阻應變片鎖腳錨管測力裝置示意圖；
[0022]圖7本發(fā)明實施例測力鎖腳錨管各測試斷面布置圖；；
[0023]圖8本發(fā)明帶補償1/4橋路連接電阻應變測試儀示意圖；
[0024]圖9本發(fā)明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；
[0025]圖10本發(fā)明對比試驗中測力鎖腳錨管受力彎矩圖；
[0026] 圖11本發(fā)明實施例粘貼電阻應變片的鎖腳錨管加載測試圖；
[0027] 圖12本發(fā)明實施例埋設(shè)光纖光柵的鎖腳錨管加載測試圖；
[0028]圖13本發(fā)明實施例測力鎖腳錨管與支撐架連接圖；
[0029] 圖14本發(fā)明實施例光纖光柵溫度傳感器布置圖；
[0030] 圖15本發(fā)明實施例對比裝置圓環(huán)加載圖；
[0031]圖16本發(fā)明距鎖腳錨管端口 60cm位置處加載時管身上方各測點應變圖；
[0032]圖17本發(fā)明距鎖腳錨管端口 60cm位置處加載時管身下方各測點應變圖；
[0033]圖18本發(fā)明距鎖腳錨管端口 60cm位置處加載時管身左方各測點應變圖；
[0034]圖19本發(fā)明距鎖腳錨管端口 60cm位置處加載時管身右方各測點應變圖；
[0035]圖20本發(fā)明距鎖腳錨管端口 125cm位置處加載時管身上方各測點應變圖；
[0036]圖21本發(fā)明距鎖腳錨管端口 125cm位置處加載時管身下方各測點應變圖；
[0037]圖22本發(fā)明距鎖腳錨管端口 125cm位置處加載時管身左方各測點應變圖；
[0038]圖23本發(fā)明距鎖腳錨管端口 125cm位置處加載時管身右方各測點應變圖；
[0039]圖24本發(fā)明距鎖腳錨管端口 190cm位置處加載時管身上方各測點應變圖；
[0040]圖25本發(fā)明距鎖腳錨管端口 190cm位置處加載時管身下方各測點應變圖；
[00411圖26本發(fā)明距鎖腳錨管端口 190cm位置處加載時管身左方各測點應變圖；
[0042]圖27本發(fā)明距鎖腳錨管端口 190cm位置處加載時管身右方各測點應變圖；
[0043] 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】
[0044] 下面通過實施例結(jié)合附圖對本設(shè)計做詳細描述：
[0045] 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。
[0046] 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。
[0047]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。
[0048]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。
[0049] 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。
[0050] 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。
[0051] 參見圖6: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IO。
[0052]本發(fā)明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。
[0053] 一種對比隧道測力鎖腳錨管測試性能的測試方法:將一副支撐架11擺放在水平地 面上，并使其軸線處于同一水平線上;然后將兩種測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套于測力鎖腳錨管管身， 并滑動至預定加載位置后，擰緊加載圓環(huán)頂部的螺栓15;最后分別對兩種測力鎖腳錨管進 行逐級加載，并對管身各測點的測試結(jié)果與理論值進行對比來分析評判兩種測力鎖腳錨管 測試性能。
[0054]本發(fā)明具體實施方法為：
[0055] (1)進行測試前的準備工作。首先，準備一根上述布設(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。
[0056] (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。
[0057] (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。
[0058] (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9和圖10所示。
[0059] 對于梁AC段:其彎矩為 (〇<λ<α)
[0060] 對于梁BC段:其彎矩為 (α<τ<1)
[0061] 對于錨管管身各點的應力
；中7為鎖腳錨管管身各測點距中性軸的距 離。
[0062] 其中
其中D為測力鎖腳錨管的外徑，d為內(nèi)徑。
[0063] 繼而可求得對應各測點的應變:￡ = ^ E
[0064] 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{
[0065] 參見圖7:選定的鎖腳錨管測力裝置的測試斷面，測試斷面1，2,3,4,5分別距離鎖 腳錯管端頭 45cm，75cm，115cm，165cm，235cm。
[0066] 參見圖8:-種連接電阻應變測試儀的帶補償1/4橋路接法，包括測試應變所用的 工作電阻片接法和溫度補償電阻片接法。
[0067] 實施例：
[0068] 本次試驗選擇在陜西省長安大學橋梁與隧道重點實驗室進行，以焊接的鋼支撐架 來作為簡支梁兩端的鉸支撐，以測力鎖腳錨管作為簡支梁的橫梁部分，通過在加載圓環(huán)正 下方堆放砝碼來模擬簡支梁所受的集中荷載。試驗主要目的是對埋設(shè)裸光纖光柵的測力鎖 腳錨管與粘貼電阻應變片的測力鎖腳錨管在荷載作用下的測試性能進行對比，即采用光測 法與電測法時測力鎖腳錨管的測試性能進行對比，并對埋設(shè)光纖光柵的測力鎖腳錨管受力 特性情況進行分析。本次試驗電測法所用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為TST3821E無線遙測靜態(tài)應變 儀，采用帶溫度補償?shù)?/4橋路接法測試錨管管身各測點處的應變值;本次試驗光測法所用 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，且試驗過程中考慮溫度引 起的交叉敏感問題，所以對鎖腳錨管管身埋設(shè)的裸光纖光柵進行溫度補償，以消除溫度對 應變變化的影響。在對埋設(shè)裸光纖光柵的測力鎖腳錨管進行加載試驗時，選用不受力的光 纖光柵溫度傳感器置于錨管內(nèi)部來進行溫度補償，最后求到各測點的真實應變值ε。
[0069]
[0070]
[0071]
[0072] 式中：ε為由荷載作用引起的各測點的應變量，ΔλΒ為由荷載和溫度引起的各測點 的波長漂移量，λΒ為由荷載和溫度共同作用引起的錨管各測點處的波長值，4。為鎖腳錨管 各測點處光纖光柵的初始波長，Αλ τ為由溫度引起的光纖光柵溫度傳感器的波長漂移量，λτ 為在溫度作用下光纖光柵溫度傳感器的的波長值，40為光纖光柵溫度傳感器的初始波長， αε為光纖光柵的應變靈敏度系數(shù)。
[0073]對比鎖腳錨管測力裝置測試性能方法的步驟：
[0074] (1)埋設(shè)光纖光柵測力鎖腳錨管的制作。本次試驗鎖腳錨管采用長度2.5m、直徑 50mm、壁厚為4mm的熱乳無縫鋼管，各測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，參見圖7。根據(jù)事先制定的實驗方案，制作時，首先利用銑刀從 距鎖腳錨管端口 0.4m的位置開始，分別在鎖腳錨管管身的最上方、最下方、最左方、最右方 四個位置沿長度方向，切割一道長度2m、寬1mm、深I(lǐng)mm的長槽，并在長槽兩端進行鉆孔，為降 低管身小孔對錨管強度的影響，上下孔與左右孔采用交錯布置的形式，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;其次用砂紙對管身刻槽進行打磨，使其光滑平 整，并用蘸有無水酒精的脫脂棉球?qū)苌戆疾奂捌涓浇磸瓦M行擦拭清洗，來去除長槽表 面的鐵銹和油污;然后利用紫外激光經(jīng)過振幅掩模板曝光光纖來形成周期性分布的光纖光 柵，并利用分厘卡驅(qū)動的方式對光柵進行高精度的手動調(diào)整，來使其在封裝階段達到預期 的中心波長;最后將裸光纖光柵放置在管身凹槽內(nèi)，通過向凹槽內(nèi)注入航天膠來進行封裝， 在錨管管身纏繞金屬膠帶進行保護，注意裸光纖光柵的柵區(qū)位置與試驗預設(shè)測點位置一一 對應，并對鉆孔附近的光纖進行鎧裝，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)粘貼電阻應變片測力鎖腳錨管的制作。同樣選取與光測法用縮腳錨管同一批 次、同一型號長度2.5m、直徑50mm、壁厚為4mm的熱乳無縫鋼管，各測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，首先用打磨機對各測試斷面 位置進行進行打磨拋光，并用沾有無水酒精的脫脂棉球沿一個方向?qū)y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試斷面圓周最上、最下、最 左、最右四個位置處用502膠粘貼電阻應變片，采用302膠粘貼接線端子，并將應變片引出線 焊接到接線端子的一端，接線端子的另一端與導線焊接，本次試驗采用的是BF350-6AA型的 電阻應變片，電阻值350 Ω，靈敏系數(shù)2.11;最后對貼片處進行保護，利用在應變片和接線端 子的表面涂刷一定厚度的704膠水對其進行保護，并對引出的導線進行編號整理。
[0076] (3)試驗裝置的安裝。本次試驗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支撐架的底座部分，長圓形鋼管與短圓形鋼管垂直焊接作 為支撐部分，整個支撐架高55cm。采用內(nèi)徑53mm的加載圓環(huán)套于測力鎖腳錨管管身之上，來 提供集中荷載，加載圓環(huán)的頂端位置進行鉆孔攻絲來連接螺栓，螺栓端頭經(jīng)過打磨削尖，圓 環(huán)底端焊接螺帽用于懸掛加載時的砝碼。如圖11-圖15,試驗時，首先將支撐架放置于平整 的地面上并進行調(diào)整使兩個支撐架軸線處于同一直線上;然后將測力鎖腳錨管置于支撐架 之上，且測力鎖腳錨管兩端各預留5cm，并旋轉(zhuǎn)測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)滑動到預先設(shè)定的加載位置，并擰緊螺栓。本次試驗共設(shè)定3處 加載位置，分別距鎖腳錨管端口 60cm、125cm、190cm 〇
[0077] (4)對埋設(shè)光纖光柵測力鎖腳錨管進行加載測試。首先將引出4根鎧裝光纜與光纖 光柵溫度傳感器同時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 至距錨管端口 125cm位置處，擰緊螺栓，并記錄各測點處光纖光柵的初始波長;然后進行加 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時停止;最后按照 上述方法分別將圓環(huán)滑動至距錨管端口 60cm、190cm位置處進行加載并記錄讀數(shù)。
[0078] (5)對粘貼電阻應變片測力鎖腳錨管進行加載測試。首先將連接各測點的導線和 溫度補償塊按帶溫度補償?shù)?/4橋接法接入靜態(tài)應變采集儀，溫度補償塊與鎖腳錨管采用 相同材料，利用一段長30cm的錨管制成，并與電測法用鎖腳錨管粘貼相同的電阻應變片;然 后將圓環(huán)滑動至距錨管端口 125cm位置處，擰緊螺栓后進行加載，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時停止;最后按照上述方法分別將圓環(huán)滑動至 距錨管端口 60cm、190cm位置處進行加載并記錄讀數(shù)。
[0079] (6)試驗結(jié)果對比分析:從圖16和圖17可以看出，當在距測力鎖腳錨管端口60cm位 置處施加荷載作用時，兩種測力鎖腳錨管管身正上方、正下方各測點的應變實測值與理論 值基本吻合，變化規(guī)律一致。對于兩種測力鎖腳錨管管身正左方、正右方各測點來說，理論 測試值均為〇,從圖18和圖19的測量結(jié)果可以看出，埋設(shè)光纖光柵的測力鎖腳錨管管身各測 點的實測值基本處在〇值附近，最大偏差僅僅6με，而粘貼電阻應變片的測力鎖腳錨管管身 各測點的實測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，當在距測力鎖腳錨管端口 125cm位置處施加荷載作用時， 兩種測力鎖腳錨管管身正上方、正下方各測點的應變實測值與理論值基本吻合，變化規(guī)律 一致。對于兩種測力鎖腳錨管管身正左方、正右方各測點來說，理論測試值均為0,從圖22和 圖23的測量結(jié)果可以看出，埋設(shè)光纖光柵的測力鎖腳錨管管身各測點的實測值基本處在0 值附近，最大偏差僅僅9με，而粘貼電阻應變片的測力鎖腳錨管管身各測點的實測值與理論 值存在很大偏差，最大偏差為25με。
[0081 ] 從圖24和圖25可以看出，當在距鎖腳錨管端口 190cm位置處施加荷載作用時，兩種 測力鎖腳錨管管身正上方、正下方各測點的應變實測值與理論值基本吻合，變化規(guī)律一致。 對于兩種測力鎖腳錨管管身正左方、正右方各測點來說，理論測試值均為〇,從圖26和圖27 的測量結(jié)果可以看出，埋設(shè)光纖光柵的測力鎖腳錨管管身各測點的實測值基本處在〇值附 近，最大偏差僅僅4με，而粘貼電阻應變片的測力鎖腳錨管管身各測點的實測值與理論值存 在很大偏差，最大偏差為27με。
[0082]從上述對比結(jié)果可以看出，埋設(shè)光纖光柵的測力鎖腳錨管在測試鎖腳錨管受力特 性過程中數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，誤差小，將其應用于實際隧道施工中來研究鎖腳錨管的受力特性 及作用機理是可行的。
【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。5. 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測試方法，其特征在 于:所述的測試方法為:將一副支撐架（11)擺放在水平地面上，并使其軸線處于同一水平線 上;然后將兩種測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)套于測力鎖腳錨管管身，并滑動至預定加載位置后， 擰緊加載圓環(huán)頂部的螺栓（15);最后分別對兩種測力鎖腳錨管進行逐級加載，每級加載 100N，每次加載后停留至數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進行下一級加載，最后將兩種方法對管身各測點的測 試結(jié)果與理論值進行誤差對比來分析評判兩種測力鎖腳錨管測試性能。
【文檔編號】G01L1/22GK105890829SQ201610329510
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】陳建勛, 羅彥斌, 李棟, 刁鵬升, 翟宇輝
【申請人】長安大學