[发明专利]一种FBG测力锚杆的测力方法

摘要

一种FBG测力锚杆的测力方法，属于锚杆监测技术领域，可解决现有锚杆监测装置存在的监测准确度不稳定，安装复杂的问题，该测力锚杆由锚杆、锚杆锚固剂、FBG光栅、光纤连接线、垫板、锚杆锁紧装置组成。锚杆表面沿轴向截面互成120°方向打磨有三条凹槽，在凹槽中布置有光纤光栅串，且沿锚杆长度方向等距布置有五个FBG传感器。FBG全称为Fiber Bragg Grating，即为光纤布拉格光栅。该测力锚杆采用FBG作为智能传感元件，不仅可以检测锚杆所受轴向载荷的情况，同时也可检测锚杆所受径向载荷的情况。本发明装置结构简单、安装方便、准确度高、稳定性好。

主权项

1.一种FBG测力锚杆的测力方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，制作测力锚杆，在锚杆的表面沿轴向设置三个凹槽，凹槽深度为1.5mm，宽度为2mm，三个凹槽沿轴向截面互成120°夹角，距离锚杆的两端20cm处分别设置标记Ⅰ，两个标记Ⅰ之前等间距设置三个标记Ⅱ，标记Ⅰ和标记Ⅱ处分别设置FBG传感器，凹槽内分别设置FBG光栅，FBG光栅上分别等间距设置5个FBG传感器，凹槽的空隙设置填充层，静置12h以上备用；第二步，锚杆上的FBG光栅通过光纤连接线与解调仪的输入端连接，解调仪的输出端通过光纤连接线与电脑的输入端连接；第三步，测定锚杆的轴向载荷：分别将每个FBG光栅所获得的应变取均值，得锚杆上一点的应变ε，根据锚杆应变与所受轴力的线性关系得的锚杆所受轴向载荷，计算公式如下：F=SEε，其中，S为锚杆的截面面积，E为锚杆材料的弹性模量；第四步，测定锚杆的侧向载荷：根据公式，得到测点位置弯曲半径的方向，旋转180°即为测点使锚杆弯曲的径向载荷方向，通过五个测点的弯曲方向判断锚杆所受径向力的方向，其中，ε₁₂=ε₂‑ε₁，ε₁₃=ε₃‑ε₁，ε₂₃=ε₃‑ε₂；ε₁、ε₂、ε₃为测点截面位置三个FBG光栅位置锚杆的轴向应变量，φ₁₂、φ₁₃均为截面各FBG光栅点与截面圆心所连线之间所成角度，即120°；根据公式，得到锚杆的挠度方程，其中，ω_（x）为x位置的锚杆挠度值，E为所测锚杆的弹性模量，I为所测锚杆截面的惯性矩，l为锚杆自由段长度，a，b分别为径向荷载作用位置距离锚杆两端的距离；根据挠度方程即此时锚杆的曲线方程，根据曲线方程上各个点的弯曲半径表达式为：，将R₁、R₂、R₃、R₄、R₅以及其对应的x₁、x₂、x₃、x₄、x₅代入下式：，即可得到锚杆所述径向载荷F的大小及a、b。