[发明专利]用于模型试验锚索预应力施加及实时监测的装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于模型试验锚索预应力施加及实时监测的装置及方法，该装置包括锚索头和施力单元；锚索头包括钢绞线、连接钢绞线上端且与钢绞线同轴的螺纹钢管以及设在螺纹钢管上的螺帽；施力单元包括同轴套在所述螺纹钢管下端外部的刻度管、套在刻度管外部的弹簧以及安装在螺帽和弹簧之间的传力部件；通过旋转螺帽能对传力部件施加应力，传力部件压缩所述弹簧，弹簧弹力通过螺纹钢管传递到钢绞线作为预应力。本发明安装简单、操作方便，在模型试验中能够有效的加快试验进度，提高试验效率。

技术领域

本发明属于岩土工程力学模型试验的支护锚具技术领域，涉及一种用于模型试验锚索预应力施加及实时监测的装置及方法。

背景技术

目前，针对模型试验中预应力锚索的施加装置大多都设计比较简单，在实际操作过程中存在很多问题。现有的预应力锚索施加装置大体有以下三类：(1)由螺栓和绳索组成的锚索系统，在该系统中使用滑轮—重物系统施加预应力。主要缺点：很难做到对预应力的精准控制，也无法做到对预应力的实时监测。(2)由螺栓和铜丝组成的锚索系统，通过控制螺栓的位移来实现对锚索预应力的施加。主要缺点：利用铜丝模拟锚索材料，跟实际工程中的锚索材料存在一定程度的误差。(3)由螺栓和钢绞线组成的锚索系统，该装置利用千斤顶对钢绞线施加预应力。主要缺点：在模型试验中该操作方法过于复杂，在实际试验中很难使用。

综上所示，上述试验装置及加载系统普遍存在如下缺点:(1)在预应力施加的过程中无法做到同步实时监测，随着预应力的施加不能得出所对应的准确读数。只能通过预先设定好要求的预应力来换算出相应的旋进位移。这在试验过程中难免会有误差产生。(2)现有的模型试验的预应力锚索施加装置往往安装复杂，操作很不方便。给模型试验的操作增加了许多难度。预应力的施加也难以控制，很难做到精确加载。(3)目前大多数模型试验中的弹簧都无法拆卸更换，在进行模型试验的过程中很难做到对现场工况的真实模拟。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种用于模型试验锚索预应力施加及实时监测的装置及方法，克服现有锚索预应力施加装置的上述缺陷。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种用于模型试验锚索预应力施加及实时监测的装置，包括锚索头和施力单元；

所述锚索头包括钢绞线、连接钢绞线上端且与钢绞线同轴的螺纹钢管以及设在螺纹钢管上的螺帽；

所述施力单元包括同轴套在所述螺纹钢管下端外部的刻度管、套在刻度管外部的弹簧以及安装在螺帽和弹簧之间的传力部件；通过旋转螺帽能对传力部件施加应力，传力部件压缩所述弹簧，弹簧弹力通过螺纹钢管传递到钢绞线作为预应力。

本发明还包括如下技术特征：

可选地，所述传力部件包括套在所述螺纹钢管上且位于螺帽下方的施力环、固定在施力环边缘且垂直于施力环的多个施力杆、活动套在刻度管外部且位于施力杆与弹簧之间的静压环以及垂直设在刻度管和弹簧下端的垫片；

所述施力环能沿螺纹钢管的轴向移动，且螺帽的外径大于施力环的内径，用以通过螺帽推动施力环移动；所述弹簧的下端和刻度管的下端均固定在垫片上，在垫片上设有与刻度管贯通的通孔，用以使所述钢绞线通过。

可选地，所述施力杆有两个，两个施力杆之间的距离小于静压环的外径，用以使施力杆的下端能顶在静压环上，从而能推动静压环沿刻度管的轴向移动。

可选地，所述静压环的外径大于所述弹簧的直径，用以使静压环能压缩弹簧。

可选地，所述刻度管的长度大于弹簧的长度，用以通过刻度管准确测量弹簧的压缩量；所述刻度管还能对弹簧进行限位，限制弹簧的水平位移，使弹簧只能轴向伸缩。

可选地，所述螺纹钢管下端设有高强锁口，螺纹钢管通过高强锁口连接所述钢绞线。