CN104296896A - 相似模拟试验用直读式锚杆测力计及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种相似模拟试验用直读式锚杆测力计及其工作方法，它由环形腔体、腔体内的弹簧和传力环组成；传力环底部位于环形腔体的腔内并与弹簧接触；腔体侧面设标有刻度的条形孔；传力环下部连接有指针和反光镜，指针与反光镜穿过条形孔与传力环相连，通过反光镜可直接读取锚杆受力值的大小。使用时，将直读式锚杆测力计加装在螺母前，拧紧螺母施加预应力；待反光镜里的读数达到设计值时，停止旋转螺母。本装置原理简单，安装方便，操作简便，适用性广泛，制作成本低，并且可重复利用，解决了相似模拟试验中锚杆受力检测难的问题。

Description

相似模拟试验用直读式锚杆测力计及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种锚杆测力计及其工作方法，尤其涉及一种相似模拟试验用直读式锚杆测力计及其工作方法。
背景技术
在矿山、隧道和边坡的支护施工中，为防止岩体变形或失稳而造成安全事故，主要采用锚杆支护对岩体进行加固。锚杆支护能充分调动围岩的自身承载能力，是一种对原岩扰动小、支护效率高、施工速度快、安全可靠的支护技术；尤其是预应力锚杆，在矿山、水利、交通等各类地下工程中有着广泛的应用。
相似模拟试验是研究各类地下工程问题的一种重要科学手段，对推断实际工程中可能出现的力学现象及岩体压力分布规律起着重要的作用。然而，在地下工程锚杆支护相似模拟试验中，如何检测锚杆受力值的大小一直是困扰学者们的难题。为了解决这类问题，学者们进行了深入的研究，并提出了许多方案。
例如：中国发明专利102706492 A公开了一种地下工程模型试验用锚杆测力计，其主体为合金圆管，合金圆管上设置有两个相对圆心对称的锚杆孔，在两锚杆孔之间的圆管上固定有电阻应变传感器，在电阻应变传感器上有导线与其连接。该装置通过电阻应变仪测量得到合金圆管的应变值，再对照标定得到的锚杆受力-测力计应变关系曲线从而得到锚杆受力，测试精度较高；但是，大量的连接线给锚杆的安装造成很多的不便，且根据提前标定的锚杆受力-测力计应变关系曲线得到锚杆的受力值的大小，实际操作流程太复杂。
中国发明专利102704970 B公开了一种由杆体、托盘、弹簧、螺母组成的地下工程模型试验用预应力锚杆。该装置通过记录螺母的旋转圈数来确定施加受力值的大小，结构简单；但在实际操作中，螺母的旋转圈数很容易记错；并且该装置不能直接显示锚杆受力值的大小，使用起来不甚方便。
发明内容
针对现有的相似模拟试验用锚杆测力装置的上述不足，本发明提供了一种相似模拟试验用直读式锚杆测力计。该装置既可以在各类复杂条件下保持测量精度，又可以通过反光镜直接读取锚杆受力值的大小。
本发明一种相似模拟试验用直读式锚杆测力计由环形腔体、弹簧以及传力环组成。
所述的环形腔体由两个半径不同的圆环构成；较大圆环侧面有一条形孔，条形孔两侧标有刻度，单位为N，其值根据以下公式确定：
                                                      ；                                                                
式中，F为锚杆受力值的大小，k为弹簧的弹性常数，为弹簧的压缩长度。
所述的弹簧位于环形腔体的腔内并与环形腔体的底部固定在一起；传力环下端位于环形腔体的腔内并与弹簧接触。
所述的传力环下部连接有指针与反光镜，其中反光镜的法向与传力环轴向的夹角为；指针和反光镜通过穿过条形孔的连接杆与传力环连接，通过反光镜可直接读取锚杆受力值的大小。
本发明相似模拟试验用直读式锚杆测力计，其工作方法为：安装锚杆时将直读式锚杆测力计加装在螺母前，施加预应力时，直读式锚杆测力计受到托盘与螺母的挤压；将压力通过传力环传递给环形腔体内的弹簧，使弹簧产生压缩变形；传力环随着弹簧的压缩而相对于环形腔体向下移动，从而带动指针与反光镜相对于条形孔向下移动；通过反光镜可以方便地观察指针所指的条形孔两侧的刻度值，此刻度值即为锚杆受力值的大小；待读数达到设计值时，停止旋转螺母。
本发明的一种用于相似模拟试验的锚杆测力计有如下优点：
(1) 本发明一种直读式锚杆测力计，不含任何电式应变片和电路，能在各种复杂环境下保持较高的精度，适用广泛；
(2)可通过测力计上的反光镜直接读取锚杆受力值的大小，并可随时掌握锚杆受力值的大小变化，使用方便；
(3) 本发明装置原理简明、制作成本低、安装流程简单、操作方便，大大提高了巷道、硐室相似模拟试验的试验效率。
附图说明
图1为本发明用于相似模拟试验的直读式锚杆测力计的结构示意图。
图2为本发明用于相似模拟试验的直读式锚杆测力计的内部结构示意图。
图例说明：1-传力环；2-环形腔体；3-指针；4-刻度；5-反光镜；6-条形孔；7-弹簧。
具体实施方式
下面结合附图与实例对本发明做进一步说明。
如图1、2所示，所述的相似模拟试验的用锚杆测力计由传力环1、环形腔体2和弹簧7组成。 
所述的环形腔体2由两个半径不同的圆环构成；较大圆环侧面有一条形孔6，条形孔6两侧标有刻度4，单位为N，其值根据以下公式确定：
       ；                                                                
式中，F为锚杆受力值的大小，k为弹簧7的弹性常数，为弹簧7的压缩长度。
所述的弹簧7位于环形腔体2的腔内并与环形腔体2的底部固定在一起；传力环1下端位于环形腔体2的腔内并与弹簧7接触。
所述的传力环1下部连接有指针3与反光镜5，其中反光镜5的法向与传力环1轴向的夹角为；指针3和反光镜5通过穿过条形孔6的连接杆与传力环1连接，通过反光镜5可直接读取锚杆受力值的大小。
本发明相似模拟试验用直读式锚杆测力计，其具体工作方法如下：
安装锚杆时将直读式锚杆测力计加装在螺母前，施加预应力时，直读式锚杆测力计受到托盘与螺母的挤压；将压力通过传力环1传递给环形腔体2内的弹簧7，使弹簧7产生压缩变形；传力环1随着弹簧7的压缩而相对于环形腔体2向下移动，从而带动指针3与反光镜5相对于条形孔6向下移动；通过反光镜5可以方便地观察指针3所指的条形孔6两侧的刻度4值，此刻度4值即为锚杆受力值的大小；待读数达到设计值时，停止旋转螺母。

Claims (4)

1.一种相似模拟试验用直读式锚杆测力计，它是由环形腔体、弹簧和传力环组成，其特征在于：所述的环形腔体由两个半径不同的圆环构成，较大圆环侧面有条形孔，条形孔两侧标有刻度，单位为N。
2.如权利要求1所述的相似模拟试验用直读式锚杆测力计，其特征在于：所述的弹簧位于环形腔体的腔内并与环形腔体的底部固定在一起；传力环下端位于环形腔体的腔内并与弹簧接触。
3.如权利要求1-2所述的相似模拟试验用直读式锚杆测力计，其特征在于：所述的传力环下部连接有指针与反光镜；指针与反光镜位于环形腔体上的条形孔外侧，并通过穿过的条形孔的连接杆与传力环连接。
4.如权利要求1-3所述的相似模拟试验用直读式锚杆测力计的工作方法，其特征在于：安装锚杆时将直读式锚杆测力计加装在螺母前，施加预应力时，直读式锚杆测力计受到托盘与螺母的挤压；将压力通过传力环传递给环形腔体内的弹簧，使弹簧产生压缩变形；传力环随着弹簧的压缩而相对于环形腔体向下移动，从而带动指针与反光镜相对于条形孔向下移动；通过反光镜可以方便地观察指针所指的条形孔两侧的刻度值，此刻度值大小即为锚杆的受力值；待读数达到设计值时，停止旋转螺母。
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