[实用新型]一种基于光纤光栅承压变形效应的测力锚杆

说明书

本实用新型公开了一种基于光纤光栅承压变形效应的测力锚杆，包括碳纤维增强环氧树脂锚杆体、锚固体构件和十字光栅束，碳纤维增强环氧树脂锚杆体与锚固体构件螺纹连接，十字光栅束固定在碳纤维增强环氧树脂锚杆体和锚固体构件的内部，碳纤维增强环氧树脂锚杆体的下部设置有蝶形托盘，蝶形托盘通过正旋预紧螺母固定在碳纤维增强环氧树脂锚杆体上，十字光栅束包括五组独立的光纤光栅，呈“十”字排列、且互不交叉缠绕，“十”字的中心一组光纤光栅，其余四组光纤光栅位于“十”字的端部、且两两对称；本实用新型本实用新型可解决轴向应力、剪切应力和弯曲应力叠加作用的监测技术难题，在本技术领域内具有广泛的应用前景。

技术领域

本实用新型涉及锚杆支护技术领域，特别是一种基于光纤光栅承压变形效应的测力锚杆。

背景技术

锚杆支护已成为工程领域不可或缺的工程稳定控制技术，不同工程领域内锚杆承受的载荷存在差异，对于采矿工程而言，影响锚杆的围岩应力涉及原岩应力、采动支承应力、瞬时动载应力等，表现出明显的时空效应，掌握工作周期内锚杆的承载状态是精准设计锚杆支护参数的关键技术之一。

目前，市面上用于监测锚杆受力的方法主要有锚杆测力计、测力锚杆、锚杆无损检测仪等，开展了大量的现场监测应用，取得了大量的监测数据，提高了锚杆支护的可靠性。但是，锚杆测力计是外接在锚杆上的仪表，仅能被动的测试锚杆轴向变形施加的间接载荷，无法区分轴向变形是轴向应力引起还是弯曲及剪切应力引起，且无法反映锚杆杆体各个部位的承载状态。测力锚杆通过预埋应变片的方式监测锚杆受力，应变片的数量决定了锚杆受力监测的可靠性，监测的是单轴向应力还是含有弯曲应力存在争议，监测的数据是含应变片锚杆分段的平均受力情况，无法反映锚杆杆体各个截面的受力状态，存在无法避开的缺陷。锚杆无损检测仪是声波或应力波的形式监测锚杆实际工作过程中有无损伤的仪器，无法测出其承载变化特征。

基于以上问题，如何掌握工作周期内锚杆的承载状态成为工程技术人员急需解决的技术难题。

发明内容

为了克服上述不足，本实用新型的目的是要提供一种经济成本低、操作简单的基于光纤光栅承压变形效应的测力锚杆。

为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：

一种基于光纤光栅承压变形效应的测力锚杆，包括碳纤维增强环氧树脂锚杆体、锚固体构件和十字光栅束，所述碳纤维增强环氧树脂锚杆体与锚固体构件螺纹连接，所述十字光栅束固定在碳纤维增强环氧树脂锚杆体和锚固体构件的内部，所述碳纤维增强环氧树脂锚杆体的下部设置有蝶形托盘，所述蝶形托盘通过正旋预紧螺母固定在碳纤维增强环氧树脂锚杆体上，蝶形托盘用于传递围岩和测力锚杆的相互作用力，所述十字光栅束包括五组独立的光纤光栅，五组独立的光纤光栅呈“十”字排列、且互不交叉缠绕，“十”字的中心一组光纤光栅，其余四组光纤光栅位于“十”字的端部、且两两对称，若对称位置的光纤光栅信号相同，则测出的数据为轴向拉应力；若对称位置的光纤光栅信号不同，则存在弯曲应力；若信号存在突变，则突变位置处承受剪切应力作用；所述碳纤维增强环氧树脂锚杆体的底部设有光信号传输接口，所述光信号传输接口为由五孔组成的连接构件，五组独立的光纤光栅贯穿光信号传输接口的五个孔；

进一步的，所述锚固体构件的底部呈梯形圆台状，用于隔绝锚固剂和碳纤维增强环氧树脂锚杆体；

进一步的，所述锚固体构件的外表上设置有倾斜搅拌螺纹；

进一步的，所述正旋预紧螺母的下部设置反旋拆卸螺母，所述反旋拆卸螺母与碳纤维增强环氧树脂锚杆体固接为一体结构；反旋拆卸螺母用于碳纤维增强环氧树脂锚杆体和锚固体构件的拆卸。

进一步的，所述光纤光栅由里到外分别由中心玻璃芯、中间硅玻璃薄层、外表树脂涂层组成；

进一步的，所述光纤光栅的端部均配备有全反射镜片；全反射镜片能够保证光能沿着光纤光栅原路返回；