[发明专利]锚杆轴力和弯矩的检测方法及其检测锚杆

说明书

技术领域

本发明涉及交通、水利水电、矿山及城市建设的隧道、边坡和基坑锚固工程用的锚杆。

背景技术

锚杆或锚索加固是岩土加固的重要形式，其中锚杆有中空锚杆和实心锚杆。锚杆在矿山坑道、交通隧道、深基坑加固等岩土工程中得到了广泛应用。但在理论上对锚杆的作用原理、锚杆的受力以及锚杆荷载传递机理尚未完全清楚。因此，采用实测的方法了解锚杆在围岩内部的受力及变形特征、掌握锚杆的工作状态，对完善锚固理论、积累设计经验、及时调整或修改设计和施工方案以及预报险情都有重要的意义。

目前锚杆的内力状态检测主要采用实测的方法，实测时采用测力锚杆，包括电阻应变式测力锚杆、电感式测力锚杆、钢弦式测力锚杆；上述的的测力锚杆仅能测量锚杆的轴力和轴力分布，不能测量锚杆的弯矩。但在研究锚杆受力及变形特征时，仅知道轴力是不够的，最好还需要知道锚杆的弯矩以及最大弯矩的位置。所以很需要一种即能检测锚杆轴力又能同时检测锚杆弯矩的方法。

发明内容

为了在锚固工程中对锚杆锚固理论进一步研究、完善锚杆设计方法、调整锚杆设计参数和预报锚固工程险情，本发明提出一种锚杆轴力和弯矩的检测方法，同时提出用于该检测方法的锚杆。

一种锚杆轴力和弯矩的检测方法，其特征在于采取以下步骤：

第一步：制作检测锚杆：

选取中空锚杆或普通厚壁钢管作为检测锚杆体，在检测锚杆体上间隔设有多个检测截面，每一检测截面上加工上穿线孔；在每一检测截面杆体四周对称粘贴四个电阻应变片，四个应变片的长度方向与杆体长度方向一致；每一检测截面的四个电阻应变片的导线通过穿线孔进入锚杆体空腔，再从锚杆体空腔中穿出；穿出后的导线束再套上锚杆螺母，将锚杆螺母预拧在锚杆体上，然后将所有应变片的导线分别焊接在航空插头的接点上，并将航空插头固定在锚杆体外端；

第二步：安装检测锚杆：

按传统方法用钻机为锚固工程钻孔，在钻孔后注入水泥浆液，在水泥浆液凝结硬化前，将检测锚杆套上托盘再插入钻孔中，待水泥浆液凝结硬化后，拧紧螺母；

第三步：需要检测时，在孔外布置多通道静态电阻应变仪，将多通道静态电阻应变仪信号电缆与航空插头连接；操作多通道静态电阻应变仪的连接方式开关，使每一截面的四个电阻应变片可组合排列成全桥电路，通过全桥电路可获得该截面的四个方向的应变值ε₁、ε₂、ε₃和ε₄；同理可获得所有截面的四个方向的应变值；将锚杆每一截面四个方向的的应变值代入轴力计算公式和弯矩计算公式，计算出每一截面的轴力N和弯矩M；根据所有截面的轴力和弯矩绘制出沿杆长的轴力和弯矩分布图，从图中直接看出锚杆最大轴力和最大弯矩的位置；从而进一步研究分析锚杆受力及变形特征；

上述每一截面的轴力计算公式为：

N=πE16(ϵ1+ϵ2+ϵ3+ϵ4)(D12-D22)]]>

式中：N—该截面的轴力牛顿；

E—锚杆的弹性模量，可取2.1×10¹¹Pa；

D₁—检测锚杆体的外径，m；

D₂—检测锚杆体的外径，m；

上述每一截面的弯矩可按下式计算：