[发明专利]光纤光栅预应力测力锚杆及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测力装置，特别涉及一种光纤光栅预应力测力锚杆及其使用方法，用于矿山等岩土工程领域。

背景技术

测力锚杆是为了研究锚杆在煤巷支护、边坡加固、隧道支护等岩土工程中的作用机理及受力情况等问题而研发出来的一种工程测力装置，目前，测力锚杆主要有电阻应变式和钢弦式，其中，电阻应变式测力锚杆应用较为广泛，但其使用的传感器的抗干扰能力不强、稳定性不高，并且灵敏度低、测量精度不高。光纤光栅传感技术是随着光纤光栅制作技术的发展而崛起的一种崭新的传感技术，其传感器具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度等优点，并且耐高温、高压，安全可靠，具有广阔的应用前景。目前光纤光栅传感技术在测力锚杆技术方面尚未有应用先例。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种光纤光栅预应力测力锚杆及其使用方法，该锚杆抗干扰能力强、测量精度高、能安全可靠地可施加预应力。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

光纤光栅预应力测力锚杆，包括锚杆、托盘、螺母，锚杆带螺母的一端的端头设有测试接口，锚杆两侧分别设有一道贯穿整个杆体的纵向凹槽，每道凹槽内设有多个光纤光栅应变传感器，光纤光栅应变传感器通过光纤连接测试接口。

所述的光纤光栅应变传感器均匀分布在锚杆杆体的纵向凹槽内，并且每个光纤光栅应变传感器对应一个测试接口。

所述的测试接口固定在保护壳内，保护壳焊接在锚杆上。

所述的保护壳上有端盖。

所述的测试接口通过光纤与光纤光栅数据采集系统连接。

所述的锚杆装配有螺母和托盘的杆体部分带螺纹。

锚杆型号根据工程实际情况选择，其与工程中所用锚杆型号相一致。

光纤光栅预应力测力锚杆的使用方法为：测试接口与光纤光栅数据采集系统连接，锚杆安装到钻孔中并通过锚固剂固定在岩体中，然后转动螺母对锚杆施加预应力至设计值，通过数据采集系统得到施工过程中光纤光栅传感器的应变变化值，再根据实验室标定结果，最终得到锚杆在施工过程中的载荷大小变化。

本发明具有以下优点：

（1）结构简单，安装简便，并且易于操作；

（2）传感器抗干扰能力强、测量精度高、安全可靠，可在高温、高压等条件下工作；

（3）可广泛应用于水利、交通、矿山等地下工程领域。

附图说明

图1为本发明光纤光栅预应力测力锚杆的整体结构示意图；

图2为本发明光纤光栅预应力测力锚杆的使用示意图；

其中：1—锚杆；2—螺母；3—托盘；4—光纤光栅应变传感器；5—光纤；6—测试接口；7—保护壳；8—端盖；9—光纤光栅数据采集系统；10—锚固剂；11—钻孔。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明做进一步详细说明。

如附图1，光纤光栅预应力测力锚杆，包括锚杆1、托盘3、螺母2，锚杆1带螺母2的一端的端头设有测试接口6，锚杆1两侧分别设有一道贯穿整个杆体的纵向凹槽，每道凹槽内设有多个光纤光栅应变传感器4，光纤光栅应变传感器4通过光纤5连接测试接口6。

所述的光纤光栅应变传感器均匀分布在锚杆杆体的纵向凹槽内，并且每个光纤光栅应变传感器对应一个测试接口。测试接口6固定在保护壳7内，保护壳7焊接在锚杆1上，保护壳7上有端盖8，测试接口6通过光纤5与光纤光栅数据采集系统9连接。锚杆1装配有螺母2和托盘3的杆体部分带螺纹。

如附图2，本发明使用时，测试接口6与光纤光栅数据采集系统9连接，锚杆1安装到钻孔11中并通过锚固剂10固定在岩体中，然后转动螺母2对锚杆1施加预应力至设计值，通过光纤光栅数据采集系统9得到施工过程中光纤光栅应变传感器4的应变变化值，再根据实验室标定结果，最终得到测力锚杆在施工过程中的载荷大小变化。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。