[發(fā)明專利]一種非金屬抗浮錨桿多界面剪應力聯(lián)合測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710945936.5
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107621325B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 白曉宇;張明義;陳小鈺;王永洪;劉俊偉
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16
• 代理公司: 37104 青島高曉專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 黃曉敏;于正河<國際申請>=<國際公布>

1.一種非金屬抗浮錨桿多界面剪應力聯(lián)合測試裝置，其特征在于主體結(jié)構(gòu)包括錨桿桿體、鎖緊錨具、應力擴散托盤、第一穿心鋼墊板、荷重傳感器、第二穿心鋼墊板、穿心千斤頂、第三穿心鋼墊板、穿心反力梁、自制位移測試裝置、光纖光柵位移計、磁性表座、基準梁、工字鋼支座梁、錨桿托架、桿體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串、錨固體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串、第二界面自補償微型FBG應變傳感器串、商品砂漿、光纖光柵解調(diào)儀、扎絲、硬質(zhì)鋼絲和細石混凝土墊層；錨桿桿體為實心玻璃纖維增強聚合物錨桿；鎖緊錨具、應力擴散托盤與錨桿桿體的尺寸配套，鎖緊錨具嵌入式安裝在應力擴散托盤上，鎖緊錨具和應力擴散托盤均通過螺紋耦合的方式與錨桿桿體緊密連接用以提供反力；應力擴散托盤下方自上而下依次安裝有第一穿心鋼墊板、荷重傳感器、第二穿心鋼墊板、穿心千斤頂和第三穿心鋼墊板，荷重傳感器外接壓力顯示儀，實時顯示千斤頂所提供拉拔力大小；第三穿心鋼墊板安裝在穿心反力梁上，自制位移測試裝置由半圓鋼管和角鐵焊接而成，采用結(jié)構(gòu)膠對稱粘結(jié)在高于錨固體表面的錨桿桿體上，自制位移測試裝置與錨固體表面垂直；錨桿桿體兩側(cè)對稱放置兩根工字鋼支座梁，工字鋼支座梁位于細石混凝土墊層上，兩根工字鋼支座梁的間距為25～30cm；穿心反力梁穿過錨桿桿體安放在工字鋼支座梁上，自制位移測試裝置和錨固體外露面上垂直安裝光纖光柵位移計，光纖光柵位移計的磁性表座安裝在基準梁上，錨桿托架由四個四分之一帶腳圓環(huán)鐵用螺母拼接而成，根據(jù)錨桿桿體的尺寸控制其孔徑大小并均勻安裝在錨桿桿體下部植入土體部分；桿體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串、錨固體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串和第二界面自補償微型FBG應變傳感器串根據(jù)試驗要求進行制作，其中桿體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串植入待測試的錨桿桿體內(nèi)，桿體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串、錨固體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串和第二界面自補償微型FBG應變傳感器串均采取上密下疏的原則布置，每一橫斷面的三個自補償微型FBG應變傳感器在相同的深度；商品砂漿灌入預先鉆好的錨桿孔內(nèi)，其強度根據(jù)試驗要求的強度等級確定；硬質(zhì)鋼絲采用扎絲固定在錨桿托架，錨固體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串、第二界面自補償微型FBG應變傳感器串用扎絲牢固綁扎在硬質(zhì)鋼絲上；光纖光柵解調(diào)儀分別與光纖光柵位移計、桿體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串、錨固體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串和第二界面自補償微型FBG應變傳感器串相連；

采用所述裝置實現(xiàn)非金屬抗浮錨桿多界面剪應力聯(lián)合測試的具體過程為：

(1)將植入自補償微型FBG應變傳感器串的錨桿桿體上每隔0.5m套入錨桿托架，并擰緊固定螺母，保證錨桿托架在桿體錨固段牢固穩(wěn)定，確保不上下移動，桿體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串在植入錨桿桿體之前和之后分別檢驗其成活率，成活率不得低于90％；

(2)將硬質(zhì)鋼絲用扎絲按要求固定在錨桿托架，保證硬質(zhì)鋼絲分別位于砂漿錨固體徑向的中間位置和第二界面位置，第二界面為錨固體外側(cè)表面與周圍巖土層接觸面，然后將提前預制好的錨固體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串、第二界面自補償微型FBG應變傳感器串用扎絲牢固綁扎在硬質(zhì)鋼絲上，此時接通光纖光柵解調(diào)儀，檢驗錨固體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串、第二界面自補償微型FBG應變傳感器串的成活率，成活率不得低于90％；

(3)將上述預制好的錨桿下放到鉆好的錨桿孔內(nèi)，并灌入商品砂漿，養(yǎng)護28天并達到所需強度的75％后，將自制位移測試裝置用結(jié)構(gòu)膠對稱粘結(jié)在高于錨固體表面0.5cm的錨桿上，確保其穩(wěn)定、豎直；

(4)將兩根工字鋼支座梁對稱放置在錨桿桿體兩側(cè)，使其位于細石混凝土墊層上，確保其中間距離為25～30cm，使錨桿桿體位于兩根工字鋼支座梁的中心，保證錨桿軸心受拉；將穿心反力梁穿過錨桿桿體安放在工字鋼支座梁上，確保穿心反力梁的形心與錨桿桿體重合，并在穿心反力梁上由下到上依次安裝第三穿心鋼墊板、穿心千斤頂、第二穿心鋼墊板、荷重傳感器、第一穿心鋼墊板，確保各部件與錨桿桿體垂直，形心與錨桿桿體同軸，使在加載過程中錨桿桿體軸心受拉；

(5)將應力擴散托盤通過螺紋固定在錨桿桿體上，然后套入鎖緊錨具，為提供更大的反力，可根據(jù)實際需要將若干個鎖緊錨具進行串聯(lián)并在鎖緊錨具與錨桿桿體的螺紋縫隙之間滴入流動性好的AB膠，從而保證錨具有足夠的鎖緊力，防止施加荷載時鎖緊錨具與應力擴散托盤產(chǎn)生剪切破壞；

(6)在自制位移測試裝置和錨固體外露面垂直安裝光纖光柵位移計，光纖光柵位移計的磁性表座上安裝在基準梁上，保證其不發(fā)生晃動；再將桿體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串、錨固體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串、第二界面自補償微型FBG應變傳感器串以及光纖光柵位移計的外接接頭接入光纖光柵解調(diào)儀上，并調(diào)試設(shè)定相關(guān)參數(shù)，保證準確穩(wěn)定采集相關(guān)數(shù)據(jù)，至此非金屬抗浮錨桿多界面剪應力測試裝置安裝完成，并對穿心千斤頂和荷重傳感器進行標定，保證試驗過程中每級施加荷載量的準確性；

(7)用穿心千斤頂進行加載，并控制穿心千斤頂?shù)纳仙啃∮?0cm，穿心千斤頂?shù)姆戳ψ饔靡疱^桿桿體和錨固體的上拔量，并用光纖光柵位移計自動記錄，將所測得各荷載作用下的錨桿桿體和錨固體上拔量S_桿、S_錨代入公式(1)，即得出錨桿和錨固體相對滑移量，

S＝(S_桿-S_桿彈)－(S_錨-S_錨彈) (1)

式中：S_桿為試驗中測得桿體位移，單位為mm；S_桿彈為桿體錨固段彈性伸長量，單位為mm；S_錨為試驗中測得錨固體位移，單位為mm；S_錨彈為錨固體彈性伸長量，單位為mm，因S_桿彈、S_錨彈計算值相對較小，忽略不計；

將光纖光柵解調(diào)儀所測得桿體、錨固體和第二界面各位置處應變變化值分別代入公式(2)，即得出桿體、錨固體和第二界面任一位置處軸力，

N_i＝πD²EΔε/4 (2)

式中：N_i為桿體、錨固體內(nèi)及第二界面處被測結(jié)構(gòu)中任一截面i處的軸力，單位為kN；E為被測結(jié)構(gòu)的彈性模量，單位為GPa；Δε為桿體、錨固體內(nèi)及第二界面處被測結(jié)構(gòu)應變的變化量，由公式(3)求得；D為被測結(jié)構(gòu)的直徑，單位為mm，關(guān)于D的取值：對于錨桿桿體取桿體的直徑，對于第二界面處取錨固體的直徑，對于錨固體內(nèi)取桿體形心到錨固體內(nèi)自補償微型FBG應變傳感器串水平距離的2倍，

Δε＝Δλ/K (3)

式中：Δλ為中心波長變化量，單位為nm；K為自補償微型FBG應變傳感器應變靈敏系數(shù)；

將公式(2)求出的桿體、錨固體和第二界面各位置處的軸力值帶入公式(4)，即得出桿體、錨固體和第二界面各位置處的剪應力，

τ_i＝(N_i-N_i-1)/πDΔL (4)

式中：N_i為被測結(jié)構(gòu)某一截面i處的軸力，單位為kN；N_i-1為被測結(jié)構(gòu)下一個截面i-1處的軸力，單位為kN；ΔL為截面i到下一截面i-1之間的距離，單位為mm；τ_i為兩截面之間中點處的剪應力，近似認為平均剪應力，單位為MPa。