[發(fā)明專利]一種利用錘擊聲學法對錨桿軸力監(jiān)測的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510476087.4
• 申請日: 2015-08-06
• 公開（公告）號: CN105067170B
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 趙利平;張杰;梁義維;竇傳浩;尹啟瑞
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種利用錘擊聲學法對錨桿軸力監(jiān)測的方法，采用一種利用錘擊聲學法對錨桿軸力監(jiān)測的裝置，該裝置包括上蓋和下部托盤，上蓋為空心圓柱結構，中間的通孔供錨桿穿過，在圓柱底部設有凹槽；下部托盤包括中空圓形托盤，圓形托盤上端部設有環(huán)形板，圓形托盤的中間通孔供錨桿穿過，環(huán)形板上方與上蓋的下端相接觸，上蓋扣在環(huán)形板上，上蓋和下部托盤之間形成空腔；

其特征在于：在對錨桿軸力進行監(jiān)測時，首先將所述的監(jiān)測裝置安裝到錨固結構中，當巖體的應力發(fā)生變化時，巖體對監(jiān)測裝置的作用力發(fā)生改變，當作用力增加時，環(huán)形板的彎曲變形增大，內部應力增大，環(huán)形板的固有頻率發(fā)生變化；通過對環(huán)形板施加錘擊力，使環(huán)形板自由振動，得到該受力狀態(tài)下的聲音頻率，通過四種不同載荷區(qū)間的頻率值，來判斷錨桿承受的力是否屬于安全值范圍。

2.根據權利要求1所述的利用錘擊聲學法對錨桿軸力監(jiān)測的方法，其特征在于：所述上蓋和圓形托盤的中間設有通孔，通孔直徑d=d₀+2mm，其中d₀為錨桿直徑。

3.根據權利要求1所述的利用錘擊聲學法對錨桿軸力監(jiān)測的方法，其特征在于：所述中空圓形托盤為中空圓柱形，圓柱的上端部與環(huán)形板沿錨桿的軸向距離為h=7mm，托盤與環(huán)形板接觸處內部所成夾角α為40°，外部以半徑R為17mm的圓弧進行過渡，環(huán)形板超出上蓋外緣的寬度L為30mm，環(huán)形板板厚為1mm；上蓋凹槽內徑比中空圓形托盤的外徑大2*a=10mm，上蓋的壁厚為24mm，上蓋凹槽底端壁厚為10mm。

4.根據權利要求1所述的利用錘擊聲學法對錨桿軸力監(jiān)測的方法，其特征在于：所述的四種不同載荷區(qū)間為：

①初錨力F₀：錨桿安裝時，螺母對錨桿會有一個初始預緊力F₀，此時環(huán)形板產生彎曲變形，環(huán)形板自由振動時，此時聽到聲音的頻率為f₀；

②報警載荷F₁：報警載荷F₁，相對于破斷載荷F₂提前了F₂-F₁，當錨桿的軸向力增加到F₁時，環(huán)形板發(fā)生進一步的彎曲變形，其內應力增加，環(huán)形板的固有頻率隨應力的增加而發(fā)生變化，環(huán)形板自由振動時，此時聽到的聲音頻率為f₁；

③破斷載荷F₂：錨桿所能承受的最大載荷為F₂，即錨桿軸力達到F₂時，錨桿會發(fā)生斷裂；監(jiān)測裝置在F₂載荷下的最大應力σ_max應該小于材料的屈服強度σ_s；當錨桿的軸向力增加到F₂時，環(huán)形板發(fā)生進一步的彎曲變形，其內應力增加，環(huán)形板的固有頻率隨應力的增加而發(fā)生變化，環(huán)形板自由振動時，此時聽到的聲音的頻率為f₂；

④失效載荷F₃：錨桿破斷或錨固失效后，監(jiān)測裝置受力為F₃=0，此時環(huán)形板不發(fā)生彎曲，內部應力狀態(tài)為零；環(huán)形板自由振動時，此時聽到的聲音頻率為f₃。

5.根據權利要求1所述的利用錘擊聲學法對錨桿軸力監(jiān)測的方法，其特征在于：所述監(jiān)測方法中，應處于與監(jiān)測裝置軸線呈75度角范圍內進行聲音頻率的測定。