[發明專利]一種利用逐層變色原理監測單向力的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810580100.4
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108798735B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 梁義維;趙利平
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21D21/02
• 分類號: E21D21/02;G01L5/04
• 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

1.一種利用逐層變色原理監測單向力的裝置，其特征在于：包括承載體、儲帶裝置、彈性體和反光層，所述承載體安裝在球墊與錨具的中間；承載體為圓筒形，圓筒端部設為錐臺形，錐臺外圈設有儲帶裝置，儲帶裝置為齒圈形，儲帶裝置的內孔套在錐臺外側，儲帶裝置從里到外側依次設有第一反光層、彈性體一、第二反光層、彈性體二、第三反光層、......彈性體N，第（N+1）反光層；第一反光層、彈性體一、第二反光層、彈性體二、第三反光層、......彈性體N，第（N+1）反光層的上、 下端分別設有上卡圈、下卡圈，且彈性體一、彈性體二、......彈性體N的長度為依次減小，所有的彈性體及反光層的多余部分儲存在儲帶裝置的齒槽內。

2.根據權利要求1所述的利用逐層變色原理監測單向力的裝置，其特征在于：所述反光層為反光布或反光涂層，所述反光布分別粘貼在其內側的儲帶裝置、彈性體一、彈性體二......彈性體N的外壁上；所述反光涂層分別噴涂在其內側的儲帶裝置、彈性體一、彈性體二......彈性體N的外壁上。

3.根據權利要求1所述的利用逐層變色原理監測單向力的裝置，其特征在于：所述承載體的材質為Q235鋼、45#鋼、銅合金、鋁合金中的一種。

4.根據權利要求1所述的利用逐層變色原理監測單向力的裝置，其特征在于：所述承載體為錐臺形，從中間到兩端，截面面積逐步減小，實現在軸向力增加過程中，塑形變形從兩端開始。

5.根據權利要求1所述的利用逐層變色原理監測單向力的裝置，其特征在于：所述儲帶裝置為中心設有孔、外圈為規則梅花齒形的結構，梅花齒的齒槽用于儲存彈性體。

6.根據權利要求1所述的利用逐層變色原理監測單向力的裝置，其特征在于：所述彈性體的材質為不銹鋼或塑料；彈性體為鋼帶繞制成環形，在其搭接接頭處的連接強度遠低于彈性體的破斷強度，在變形過程中，當彈性體繃緊后則從接頭處斷開；彈性體的接頭采用粘結或采用點焊連接。

7.根據權利要求1所述的利用逐層變色原理監測單向力的裝置，其特征在于：所述反光層的材質為高亮晶格反光膜或反光漆；每個反光層顯示的顏色不同，以使監測裝置能顯示不同狀態的受力情況。

8.一種利用逐層變色原理監測單向力的方法，采用權利要求1~7任一項所述的利用逐層變色原理監測單向力的裝置，其特征在于：當巖體變形時，錨索受軸向拉力，該拉力經托盤、球墊傳至監測裝置，使得監測裝置上下兩端均承受壓力；在錨索所受軸向力逐漸增大的過程中，承載體的周向膨脹量也在逐漸增大，儲帶裝置的包圍的周長也在逐步增加，與之同步的是彈性體一和彈性體二逐步趨向于繃直直至繃緊，然后在彈性體接頭處斷裂，導致彈性體彈開；彈性體攤開后，監測裝置發生變色，每一種顏色對應錨索的某一受力狀態。

9.根據權利要求8所述的利用逐層變色原理監測單向力的方法，其特征在于：以儲帶裝置外側依次設有第一反光層、彈性體一、第二反光層、彈性體二、第三反光層為例，當錨索在不受力或受力不足時，監測裝置所示為彈性體二外表面粘貼或噴涂或噴涂的第三反光層的顏色，此為監測裝置第一個狀態，也即錨索受力第一個狀態；當錨索所受軸向力到達某個值時，彈性體二繃緊，彈性體二接頭發生破斷而彈出，監測裝置發生第一次變色，顯示顏色為彈性體一外表面粘貼或噴涂第二反光層的顏色，此為監測裝置第二個狀態，也即錨索受力第二個狀態；當錨索所受軸向力逐漸增大至另一個值時，彈性體一繃緊，彈性體一接頭發生破斷而彈出，監測裝置發生第二次變色，最后顯示顏色為儲帶裝置外表面粘貼或噴涂第一反光層的顏色，此為監測裝置第三個狀態，也即錨索受力第三個狀態；

如此監測裝置則通過逐層變色實現了單向力的監測。

10.根據權利要求8所述的利用逐層變色原理監測單向力的方法，其特征在于：

當力為0~F₁時，監測裝置顯示第三反光層的顏色；

當力到達F₁時，彈性體二彈開，監測裝置顯示第二反光層的顏色；

當力到達F₂時，彈性體一彈開，監測裝置顯示第一反光層的顏色；

所述F₁為錨索預緊力，F₂為錨索屈服力。