CN110470549A - 锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统 - Google Patents
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Abstract
一种锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统，包括框架、法向加载机构、切向加载机构、试样运输小车、高度调节机构和支撑测力机构，法向加载机构安装于框架上部和试样上方，切向加载机构安装于框架中部和位于试样中间处，高度调节机构安装于框架底部，试样运输小车位于高度调节机构上方，支撑测力机构位于框架右侧。本发明提供了一种有效满足大跨度载荷下含锚杆多尺度试样的测试、可靠性良好的锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统。
背景技术
岩体的锚固是一种把锚杆埋入岩体使其得以稳定的技术，岩体锚杆能充分发挥岩体能量，调用和提高岩体的自身前度和自稳能力，大大减轻结构物自重，节约工程材料，确保施工安全和工程稳定，具有显著的经济效益和社会效益，目前得到广泛应用，在建筑领域涉及边坡、基坑、隧洞、地下工程、坝体、码头、海岸、桥梁及悬索建筑等工程。
目前专门针对锚固体力学性能的研究主要有R.Yoshinaka，P.Egger给出了节理面剪胀效应影响节理面自身的抗剪强度，张伟用小型直剪试验机进行不同粗糙度下锚固节理破坏机理宏细观研究，陈文强等给出了剪切荷载作用下锚杆抗剪作用理论分析。朱友焱等给出了剪切作用下锚固结构面应力分布特征分析，张永政等给出了不同粗糙度下锚固节理破坏机理宏细观研究。从现有研究中发现所使用的设备载荷小于100T，加载的试样不超过1000mm×1000mm×1000mm。根据国家标准《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB 50086-2001)规定锚杆间距不小于0.7m。现在的研究主要采用一根锚杆或缩小的多根小间距锚杆，由于岩体存在尺寸效应，因此缩尺试验研究对试验结果的正确性存在一定影响，无法模拟真实载荷环境。
发明内容
为了克服已有设备的无法满足大型含锚杆多尺度试样的抗剪强度测试要求，本发明提供了一种有效满足大跨度载荷下含锚杆多尺度试样的测试、可靠性良好的锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统，包括框架、法向加载机构、切向加载机构、试样运输小车、高度调节机构和支撑测力机构，法向加载机构安装于框架上部和试样上方，切向加载机构安装于框架中部和位于试样中间处，高度调节机构安装于框架底部，试样运输小车位于高度调节机构上方，支撑测力机构位于框架右侧。
进一步，所述的框架包括左侧立柱、顶部横梁、底部横梁、切向加载安装架、右侧立柱和侧边横梁，两根前后放置的左侧立柱底部之间安装侧边横梁，分别前后放置的左侧立柱和右侧立柱底部之间安装底部横梁。分别前后放置的左侧立柱和右侧立柱顶部安装顶部横梁。前后的两根底部横梁上安装切向加载安装架。
再进一步，所述的法向加载机构包括升降缸、法向作动器、法向测力传感器、加载头、施力板、导轨块、承载板、钢丝绳和垂向导轨，顶部横梁两侧安装有升降缸，在顶部横梁上且两个升降缸之间安装n(n＝1-100)排法向作动器、每个法向作动器的活塞端部安装法向测力传感器，法向测力传感器下部安装加载头，升降缸活塞杆上连接施力板，每根左侧立柱和右侧立柱上固定垂向导轨，施力板两侧穿过垂向导轨并沿着其上下运动。施力板底部安装m排o列导轨块。承载板位于施力板下方并通过钢丝绳连接到施力板两侧。
更进一步，所述的切向加载机构包括切向作动器安装座、切向作动器，作动器安装板、切向测力传感器、施力架、滚轴、导杆座、导杆、安装架、圆筒、施力轴、丝杆、手柄和限位条，在试样中部的左侧和前后两侧安装一定数量的切向加载作动器及法向测力传感器。切向作动器安装座底部穿过侧边横梁并固定，侧边横梁顶部且在试样左侧安装一定数量的作动器安装板，每个作动器安装板固定切向作动器，切向作动器活塞端部安装切向测力传感器，切向测力传感器右侧安装施力架，施力架内部安装滚轴，滚轴表面与试样上半部分接触。试样前后两侧的切向加载安装架上安装切向作动器，作动器安装板和切向测力传感器，切向测力传感器右侧安装一个安装架，安装架右侧固定圆筒，圆筒内部安装有施力轴，施力轴可以在圆筒移动并通过限位条限制施力轴转动，施力轴靠近试样的一端为凹槽形状，可与试样上的加载轴对接。施力轴远离试样的一端有丝杆连接，丝杆固定在手柄上，手柄安装在安装架一侧板上。安装架左侧前后安装有导杆，导杆穿过固定在切向加载安装架上的导杆座。
所述的试样运输小车包括车轮升降缸、车轮、试样限位板、限位板固定杆、小车车体、套杆座、传力杆、支撑架和支撑块，小车车体两侧安装车轮升降缸，车轮升降缸活塞杆端部安装有车轮，小车车体上方的前后两侧设置为方形齿结构，试样安放后根据其长度在试样两侧的齿部安放试样限位板，试样限位板通过限位板固定杆固定在小车车体上。小车车体右侧为高起的立板结构并可与支撑测力机构对接；当试样长度较小，切向加载机构中位于左侧的切向作动器活塞杆无法加载到试样时，在小车车体上方的左侧且在试样左边安放支撑架，支撑架上方固定套杆座，传力杆穿过套杆座并且两端分别与上部试样和滚轴接触。
所述的高度调节机构包括支撑板、横向导轨和垫板，最上方的垫板安装有横向导轨，横向导轨上方安装支撑板，支撑板位于小车车体下方。
所述的支撑测力机构包括测力传感器、支撑座和燕尾槽导轨，燕尾槽导轨固定在地面下方的坑槽中，支撑座底部位于燕尾槽导轨上并沿着它前后移动，支撑座左侧上方安装一排测力传感器，测力传感器与小车车体右侧为高起的立板右侧接触。
所述的试样包括上部试样、圆筒、加载轴、下部试样和锚杆，在浇注上部试样和下部试样设置多排孔用于安放锚杆，在浇注上部试样时其下部的水平前后方向插入圆筒，圆筒中可插入加载轴。
所述的切向加载机构中，所有的切向测力传感器中心线和支撑测力机构中所有的测力传感器中心线高度一致。
本发明的有益效果主要表现在：1、有效满足大范围载荷下同精度直剪测试、可靠性良好；2、适合不同尺寸规格的多尺度含锚杆试样的测试要求。
附图说明
图1是多尺度含锚杆试样抗剪强度测试系统主视图。
图2是多尺度含锚杆试样抗剪强度测试系统俯视图。
图3是多尺度含锚杆试样抗剪强度测试系统左视图。
图4是多尺度含锚杆试样抗剪强度测试系统框架和法向加载机构主视图。
图5是多尺度含锚杆试样抗剪强度测试系统框架和法向加载机构左视图。
图6是多尺度含锚杆试样抗剪强度测试系统切向加载机构、试样运输小车、高度调节机构和支撑测力机构主视图(长试样)。
图7是多尺度含锚杆试样抗剪强度测试系统切向加载机构、试样运输小车、高度调节机构和支撑测力机构主视图(短试样)。
图8是多尺度含锚杆试样抗剪强度测试系统切向加载机构、试样运输小车俯视图(短试样)。
图9是切向加载机构在试样前后两侧的单个加载机构主视图。
图10是切向加载机构在试样前后两侧的单个加载机构俯视图。
图11是试样主视图。
图12是试样俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图12，锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统，包括框架1、法向加载机构2、切向加载机构3、试样运输小车4、高度调节机构5和支撑测力机构6，法向加载机构2安装于框架1上部和试样上方，切向加载机构2安装于框架1中部和位于试样中间处，高度调节机构5安装于框架1底部，试样运输小车4位于高度调节机构5上方，支撑测力机构6位于框架1右侧。
进一步，所述的框架1包括左侧立柱11、顶部横梁12、底部横梁13、切向加载安装架14、右侧立柱15和侧边横梁16，两根前后放置的左侧立柱11底部之间安装侧边横梁16，分别前后放置的左侧立柱11和右侧立柱15底部之间安装底部横梁13。分别前后放置的左侧立柱11和右侧立柱15顶部安装顶部横梁12。前后的两根底部横梁13上安装切向加载安装架14。
再进一步，所述的法向加载机构2包括升降缸21、法向作动器22、法向测力传感器23、加载头24、施力板25、导轨块26、承载板27、钢丝绳28和垂向导轨29，顶部横梁12两侧安装有升降缸21，在顶部横梁12上且两个升降缸21之间安装n(n＝1-100)排法向作动器22、每个法向作动器22的活塞端部安装法向测力传感器23，法向测力传感器23下部安装加载头24，升降缸21活塞杆上连接施力板25，每根左侧立柱11和右侧立柱15上固定垂向导轨29，施力板25两侧穿过垂向导轨29并沿着其上下运动。施力板25底部安装m排o列导轨块26。承载板27位于施力板25下方并通过钢丝绳28连接到施力板25两侧。
更进一步，所述的切向加载机构3包括切向作动器安装座31、切向作动器32，作动器安装板33、切向测力传感器34、施力架35、滚轴36、导杆座37、导杆38、安装架391、圆筒392、施力轴393、丝杆394、手柄395和限位条396，在试样中部的左侧和前后两侧安装一定数量的切向加载作动器及法向测力传感器。切向作动器安装座31底部穿过侧边横梁16并固定，侧边横梁16顶部且在试样左侧安装一定数量的作动器安装板33，每个作动器安装板33固定切向作动器32，切向作动器32活塞端部安装切向测力传感器34，切向测力传感器34右侧安装施力架35，施力架35内部安装滚轴36，滚轴36表面与试样上半部分接触。试样前后两侧的切向加载安装架14上安装切向作动器32，作动器安装板33和切向测力传感器34，切向测力传感器34右侧安装一个安装架391，安装架391右侧固定圆筒392，圆筒392内部安装有施力轴393，施力轴393可以在圆筒392移动并通过限位条396限制施力轴393转动，施力轴393靠近试样的一端为凹槽形状，可与试样上的加载轴对接。施力轴393远离试样的一端有丝杆394连接，丝杆394固定在手柄395上，手柄395安装在安装架391一侧板上。安装架391左侧前后安装有导杆38，导杆38穿过固定在切向加载安装架14上的导杆座37。
所述的试样运输小车4包括车轮升降缸41、车轮42、试样限位板43、限位板固定杆44、小车车体45、套杆座46、传力杆47、支撑架48和支撑块49，小车车体45两侧安装车轮升降缸41，车轮升降缸41活塞杆端部安装有车轮42，小车车体45上方的前后两侧设置为方形齿结构，试样安放后根据其长度在试样两侧的齿部安放试样限位板43，试样限位板43通过限位板固定杆44固定在小车车体45上。小车车体45右侧为高起的立板结构并可与支撑测力机构6对接；当试样长度较小，切向加载机构3中位于左侧的切向作动器32活塞杆无法加载到试样时，在小车车体45上方的左侧且在试样左边安放支撑架48，支撑架48上方固定套杆座46，传力杆47穿过套杆座46并且两端分别与上部试样和滚轴36接触。
所述的高度调节机构5包括支撑板51、横向导轨52和垫板53，最上方的垫板53安装有横向导轨52，横向导轨52上方安装支撑板51，支撑板51位于小车车体45下方。
所述的支撑测力机构6包括测力传感器61、支撑座62和燕尾槽导轨63，燕尾槽导轨63固定在地面下方的坑槽中，支撑座62底部位于燕尾槽导轨63上并沿着它前后移动，支撑座62左侧上方安装一排测力传感器61，测力传感器61与小车车体45右侧为高起的立板右侧接触。
所述的试样7包括上部试样71、圆筒72、加载轴73、下部试样74和锚杆75，在浇注上部试样71和下部试样74设置多排孔用于安放锚杆75，在浇注上部试样71时其下部的水平前后方插入圆筒72，圆筒72中可插入加载轴73。
所述的切向加载机构3中，所有的切向测力传感器34中心线和支撑测力机构6中所有的测力传感器61中心线高度一致。
本实施例中，当一定尺寸的长方体试样上部试样71中靠近底部的的水平前后方设置了空心圆柱72，每个空心圆柱72上插入一根加载轴73。安放在试样运输小车4的中间位置，在试样两侧的小车方形齿结构处安装试样限位板43，试样限位板43通过限位板固定杆44固定在小车车体45上。高度调节机构5根据试样高度选择垫板53数量并固定在框架1下部。支撑测力机构6处的坑槽上安放铁板。试样运输小车4上的车轮升降缸41活塞杆伸出，安装试样的试样运输小车4从框架右侧进入测试系统并满足小车车体45位于支撑板51正上方。试样运输小车4上的车轮升降缸41活塞杆缩回，从而车轮42缩回后小车车体45和支撑板51紧贴在一起，同时小车车体45左侧与切向作动器安装座31靠在一起。支撑测力机构6移动使得一排测力传感器61与小车车体45右侧为高起的立板右侧接触。切向加载机构3位于试样两侧且与试样侧面对应的一定数量施力轴393移动并与试样上的加载轴73对接。根据法向载荷大小选择一定数量的法向作动器进行法向加载，随后切向加载机构3在试样左侧和试样前后两侧对接的作动器进行加载，直到剪切测试完毕。
Claims (9)
1.锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统，其特征在于，所述系统包括框架、法向加载机构、切向加载机构、试样运输小车、高度调节机构和支撑测力机构，法向加载机构安装于框架上部和试样上方，切向加载机构安装于框架中部和位于试样中间处，高度调节机构安装于框架底部，试样运输小车位于高度调节机构上方，支撑测力机构位于框架右侧。
2.如权利要求1所述的锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统，其特征在于，所述的框架包括左侧立柱、顶部横梁、底部横梁、切向加载安装架、右侧立柱和侧边横梁，两根前后放置的左侧立柱底部之间安装侧边横梁，分别前后放置的左侧立柱和右侧立柱底部之间安装底部横梁，分别前后放置的左侧立柱和右侧立柱顶部安装顶部横梁，前后的两根底部横梁上安装切向加载安装架。
3.如权利要求1或2所述的锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统，其特征在于，所述的法向加载机构包括升降缸、法向作动器、法向测力传感器、加载头、施力板、导轨块、承载板、钢丝绳和垂向导轨，顶部横梁两侧安装有升降缸，在顶部横梁上且两个升降缸之间安装n排法向作动器、每个法向作动器的活塞端部安装法向测力传感器，法向测力传感器下部安装加载头，升降缸活塞杆上连接施力板，每根左侧立柱和右侧立柱上固定垂向导轨，施力板两侧穿过垂向导轨并沿着其上下运动，施力板底部安装m排o列导轨块，承载板位于施力板下方并通过钢丝绳连接到施力板两侧。
4.如权利要求1或2所述的锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统，其特征在于，所述的切向加载机构包括切向作动器安装座、切向作动器、作动器安装板、切向测力传感器、施力架、滚轴、导杆座、导杆、安装架、圆筒、施力轴、丝杆、手柄和限位条，在试样中部的左侧和前后两侧安装一定数量的切向加载作动器及法向测力传感器，切向作动器安装座底部穿过侧边横梁并固定，侧边横梁顶部且在试样左侧安装一定数量的作动器安装板，每个作动器安装板固定切向作动器，切向作动器活塞端部安装切向测力传感器，切向测力传感器右侧安装施力架，施力架内部安装滚轴，滚轴表面与试样上半部分接触；试样前后两侧的切向加载安装架上安装切向作动器、作动器安装板和切向测力传感器，切向测力传感器右侧安装一个安装架，安装架右侧固定圆筒，圆筒内部安装有施力轴，施力轴可以在圆筒移动并通过限位条限制施力轴转动，施力轴靠近试样的一端为凹槽形状，可与试样上的加载轴对接；施力轴远离试样的一端有丝杆连接，丝杆固定在手柄上，手柄安装在安装架一侧板上，安装架左侧前后安装有导杆，导杆穿过固定在切向加载安装架上的导杆座。
5.如权利要求1或2所述的锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统，其特征在于，所述的试样运输小车包括车轮升降缸、车轮、试样限位板、限位板固定杆、小车车体、套杆座、传力杆、支撑架和支撑块，小车车体两侧安装车轮升降缸，车轮升降缸活塞杆端部安装有车轮，小车车体上方的前后两侧设置为方形齿结构，试样安放后根据其长度在试样两侧的齿部安放试样限位板，试样限位板通过限位板固定杆固定在小车车体上；小车车体右侧为高起的立板结构并可与支撑测力机构对接；当试样长度较小，切向加载机构中位于左侧的切向作动器活塞杆无法加载到试样时，在小车车体上方的左侧且在试样左边安放支撑架，支撑架上方固定套杆座，传力杆穿过套杆座并且两端分别与上部试样和滚轴接触。
6.如权利要求1或2所述的锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统，其特征在于，所述的高度调节机构包括支撑板、横向导轨和垫板，最上方的垫板安装有横向导轨，横向导轨上方安装支撑板，支撑板位于小车车体下方。
7.如权利要求1或2所述的锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统，其特征在于，所述的支撑测力机构包括测力传感器、支撑座和燕尾槽导轨，燕尾槽导轨固定在地面下方的坑槽中，支撑座底部位于燕尾槽导轨上并沿着它前后移动，支撑座左侧上方安装一排测力传感器，测力传感器与小车车体右侧为高起的立板右侧接触。
8.如权利要求1或2所述的锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统，其特征在于，所述的试样包括上部试样、圆筒、加载轴、下部试样和锚杆，在浇注上部试样和下部试样设置多排孔用于安放锚杆，在浇注上部试样时其下部的水平前后方向插入圆筒，圆筒中可插入加载轴。
9.如权利要求4所述的锚固结构面抗剪强度尺寸效应试验系统，其特征在于，所述的切向加载机构中，所有的切向测力传感器中心线和支撑测力机构中所有的测力传感器中心线高度一致。
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