CN110864890A - 一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置及试验方法，本发明通过两块半圆径向变形约束圆筒拼接成筒体，并在拼接后的筒体内放置混凝土试样，在试样中埋置的锚固螺栓上设置多个微型压力传感器，通过压力传感器量测在试验机进行拉力试验时的径向压力，从而获得加载过程中径向压力的变化规律以及对锚固荷载的影响。本发明通过两块半圆钢管组成的径向变形约束圆筒，比PVC管等其他材料刚度大，且该约束圆筒与制作试样时的模具尺寸及规格相同，试验过程中能够实现约束圆筒与试样紧密接触，径向约束的效果良好；通过设置在混凝土试样中的微型压力传感器，可获得随着锚固荷载和位移的增大产生的径向压力的变化情况。
Description
技术领域
本发明涉及锚固结构设计技术领域，特别是一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置及试验方法。
背景技术
锚固技术作为在土木工程、水利工程以及采矿工程等专业应用广泛的支护技术，其结构的失效模式分析受到越来越多的工程师的关注。在众多的锚固结构失效模式中，杆体-注浆体以及注浆体-被加固围岩之间的失效是最主要的。大量研究表明，锚固段各界面间的剪应力分布是非常不均匀的，这在该领域已经形成共识。但是，当前我国所有规范针对锚固结构的设计都是建立在锚固段各界面剪应力平均分布的假设之上，这显然是不准确的。所以，针对锚固结构各界面应力分布特征的研究就显得非常重要。尤其是开展锚固结构各界面细观力学的研究，对于认识该界面的力学特性，指导支护结构的设计与施工具有重要的理论意义与实践价值。
大量的理论与试验研究已经证明，锚固结构界面之间的力学特性不仅受杆体、灌浆材料以及岩体的物理力学性质的影响，而且各界面的粗糙程度也对界面上剪应力的分布有显著的影响。在相同条件下，界面越粗糙，界面上的剪应力越大。分析原因，除了该界面由于粗糙度增加从而导致摩擦增大之外，由于剪胀作用的存在导致法向应力的增大，也是导致界面剪应力增大的主要原因。根据库伦摩擦定律，随着法向应力的增大界面上的剪应力也随之增大。截止目前，在研究锚固结构界面力学特性的试验中，国内外好多学者已经注意到了锚固结构界面上剪胀的存在。朱焕春在全长粘结锚杆工作机理试验研究中发现，由于产生的法向剪胀变形，导致了锚杆周边混凝土出现径向和环向裂纹。Aki sanya,A.R.进行的试验研究中，用PVC圆管套在圆柱形试件周边，通过约束试件周边的变形来研究径向应力的影响，但PVC刚度有限且该实验也未对径向应力数值进行定量的描述。截止目前，对于剪胀的研究，大多都停留在剪胀产生的机理，在研究锚固结构界面力学特性的试验中很少有对剪胀产生的径向应力进行量测，从而定量评估其对界面剪应力的影响。因此，很需要一种试验装置能够在锚固结构拉拔试验时测量由于界面剪胀产生的径向应力的大小。
发明内容
本发明的目的是提供一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置及试验方法，旨在解决现有技术中锚固界面力学特性试验中缺少对剪胀产生的径向压力量测的问题，实现获得剪胀时径向压力的变化规律以及对锚固荷载的影响。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置，所述装置包括：
两块半圆径向变形约束圆筒，通过螺栓进行拼接，拼接后的约束筒体内放置混凝土试样；
约束筒体底部设置有底部加载托盘，底部加载托盘中心焊接有拉杆，混凝土试件顶部锚固有锚杆，所述拉杆与锚杆位于同一轴线上；
混凝土试样底部埋置锚固螺栓与底部加载托盘固定连接，位于混凝土试样内部的锚固螺栓上固定微型压力传感器；
所述锚杆与试验机上部夹具固定连接，所述拉杆与试验机下部夹具固定连接。
优选地，所述微型压力传感器通过传感器导线与数据采集仪表相连。
优选地，所述微型压力传感器在安装时，传感器的中心正对混凝土试样的中心。
优选地，所述两块半圆径向变形约束圆筒组成的筒体尺寸与制作所述混凝土试样的模具尺寸相同。
本发明还提供了一种量测锚固结构界面剪胀应力的试验方法，所述方法包括以下步骤：
S1、在制作混凝土试样时，将微型压力传感器固定在锚固螺栓的不同高度位置处，安装时传感器的中心正对混凝土试样的中心；
S2、在混凝土试样及注浆锚杆经养护到达试验要求后，将其放置到径向变形约束圆筒内，试样底部通过锚固螺栓与底部加载托盘固定连接，下部拉杆与上部锚杆位于同一轴线上，将微型压力传感器的导线与数据采集仪表相连，然后将数据采集仪表与计算机相连，同时将试验机的拉力/位移传感器与计算机相连；
S3、启动试验机，以位移模式进行加载，数据采集仪表采集压力数据并将压力数据传送给计算机，同时计算机接收到试验机传输来的压力/位移数据，获得加载过程中径向压力的变化规律以及对锚固荷载的影响。
优选地，所述两块半圆径向变形约束圆筒组成的筒体尺寸与制作所述混凝土试样的模具尺寸相同。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过两块半圆径向变形约束圆筒拼接成筒体，并在拼接后的筒体内放置混凝土试样，在试样中埋置的锚固螺栓上设置多个微型压力传感器，通过压力传感器量测在试验机进行拉力试验时的径向压力，从而获得加载过程中径向压力的变化规律以及对锚固荷载的影响。本发明通过两块半圆钢管组成的径向变形约束圆筒，比PVC管等其他材料刚度大，且该约束圆筒与制作试样时的模具尺寸及规格相同，试验过程中能够实现约束圆筒与试样紧密接触，径向约束的效果良好；通过设置在混凝土试样中的微型压力传感器，可获得随着锚固荷载和位移的增大产生的径向压力的变化情况；本发明试验工作可在一般常用的材料力学实验机上进行，不需要对试验设备进行特殊的改造，更不需要配置专用试验仪器及设备。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置的侧面示意图；
图2为本发明实施例中所提供的一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置的顶面示意图；
图3为本发明实施例中所提供的一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置的底面示意图；
图4为本发明实施例中所提供的一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置的内部结构示意图；
图5为本发明实施例中所提供的一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置的立体示意图；
图6为本发明实施例中所提供的一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验方法流程图；
图中，1-混凝土试验件，2-砂浆，3-锚杆，4-螺栓，5-底部加载托盘，6-半圆径向变形约束圆筒，7-试验机，8-试验机夹具，9-拉杆，10-锚固螺栓，11-微型压力传感器，12-传感器导线，13-数据采集仪表，14-计算机。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置及试验方法进行详细说明。
如图1-5所示，本发明公开了一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置，所述装置包括：
两块半圆径向变形约束圆筒，通过螺栓进行拼接，拼接后的约束筒体内放置混凝土试样；
约束筒体底部设置有底部加载托盘，底部加载托盘中心焊接有拉杆，混凝土试件顶部锚固有锚杆，所述拉杆与锚杆位于同一轴线上；
混凝土试样底部埋置锚固螺栓与底部加载托盘固定连接，位于混凝土试样内部的锚固螺栓上固定微型压力传感器；
所述锚杆与试验机上部夹具固定连接，所述拉杆与试验机下部夹具固定连接。
两个半圆形径向变形约束圆筒通过两组螺栓固定，拼接为一个圆筒，此圆筒直径为300mm，筒壁厚度为8mm，材料为钢材，该约束圆筒与制作混凝土试样时所用的模具筒体型号一致，从而保证圆筒与混凝土试样紧密接触。
约束圆筒内装有直径为284mm的混凝土试样，试样中心钻孔直径为60mm，用水泥砂浆将直径18mm的螺纹钢筋锚固，形成锚杆。混凝土试样中通过埋置在混凝土基体中的锚固螺栓与底部加载托盘固定在一起，底部加载托盘中心位置处焊接拉杆，拉杆与锚杆在同一轴线上。将微型压力传感器固定在混凝土基体中的锚固螺栓杆上，微型压力传感器通过传感器导线与数据采集仪表相连，数据采集仪表输出端连接计算机，用于将采集到的数据发送至计算机。
通过上述装置在进行径向压力量测的过程如下：
在制作混凝土试样时，微型压力传感器固定在锚固螺栓的不同高度位置处，高度方向布置三排，安装时需让传感器的中心正对混凝土试样的中心，灌注与振捣混凝土时需要注意保护传感器以及传感器导线。
在混凝土试样及注浆锚杆经养护到达试验要求后，将其放置到径向变形约束圆筒内，试样底部通过锚固螺栓与底部加载托盘固定连接。将底部加载托盘底部的拉杆放置于试验机的下部夹具中，试验机的上端夹具与试样中的锚杆连接，在安装过程中，需保证下部拉杆与上部锚杆位于同一轴线上。将微型压力传感器的导线与数据采集仪表相连，然后将数据采集仪表与计算机相连，同时将试验机的拉力/位移传感器与计算机相连。
启动试验机，以位移模式进行加载，数据转换仪表采集压力数据并将压力数据传送给计算机，同时计算机接收到拉力试验机传输来的压力/位移数据，对所有数据进行处理、比较、计算和分析，获得加载过程中径向压力的变化规律以及对锚固荷载的影响。
本发明实施例通过两块半圆径向变形约束圆筒拼接成筒体，并在拼接后的筒体内放置混凝土试样，在试样中埋置的锚固螺栓上设置多个微型压力传感器，通过压力传感器量测在试验机进行拉力试验时的径向压力，从而获得加载过程中径向压力的变化规律以及对锚固荷载的影响。本发明通过两块半圆钢管组成的径向变形约束圆筒，比PVC管等其他材料刚度大，且该约束圆筒与制作试样时的模具尺寸及规格相同，试验过程中能够实现约束圆筒与试样紧密接触，径向约束的效果良好；通过设置在混凝土试样中的微型压力传感器，可获得随着锚固荷载和位移的增大产生的径向压力的变化情况；本发明试验工作可在一般常用的材料力学实验机上进行，不需要对试验设备进行特殊的改造，更不需要配置专用试验仪器及设备。
如图6所示，本发明实施例还公开了一种量测锚固结构界面剪胀应力的试验方法，所述方法包括以下步骤：
S1、在制作混凝土试样时，将微型压力传感器固定在锚固螺栓的不同高度位置处，安装时传感器的中心正对混凝土试样的中心；
S2、在混凝土试样及注浆锚杆经养护到达试验要求后，将其放置到径向变形约束圆筒内，试样底部通过锚固螺栓与底部加载托盘固定连接，下部拉杆与上部锚杆位于同一轴线上，将微型压力传感器的导线与数据采集仪表相连，然后将数据采集仪表与计算机相连，同时将试验机的拉力/位移传感器与计算机相连；
S3、启动试验机，以位移模式进行加载，数据采集仪表采集压力数据并将压力数据传送给计算机，同时计算机接收到试验机传输来的压力/位移数据，获得加载过程中径向压力的变化规律以及对锚固荷载的影响。
两个半圆形径向变形约束圆筒通过两组螺栓固定，拼接为一个圆筒，此圆筒直径为300mm，筒壁厚度为8mm，材料为钢材，该约束圆筒与制作混凝土试样时所用的模具筒体型号一致，从而保证圆筒与混凝土试样紧密接触。
约束圆筒内装有直径为284mm的混凝土试样，试样中心钻孔直径为60mm，用水泥砂浆将直径18mm的螺纹钢筋锚固，形成锚杆。混凝土试样中通过埋置在混凝土基体中的锚固螺栓与底部加载托盘固定在一起，底部加载托盘中心位置处焊接拉杆，拉杆与锚杆在同一轴线上。将微型压力传感器固定在混凝土基体中的锚固螺栓杆上，微型压力传感器通过传感器导线与数据采集仪表相连，数据采集仪表输出端连接计算机，用于将采集到的数据发送至计算机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置，其特征在于，所述装置包括：
两块半圆径向变形约束圆筒，通过螺栓进行拼接，拼接后的约束筒体内放置混凝土试样；
约束筒体底部设置有底部加载托盘，底部加载托盘中心焊接有拉杆，混凝土试件顶部锚固有锚杆，所述拉杆与锚杆位于同一轴线上；
混凝土试样底部埋置锚固螺栓与底部加载托盘固定连接，位于混凝土试样内部的锚固螺栓上固定微型压力传感器；
所述锚杆与试验机上部夹具固定连接，所述拉杆与试验机下部夹具固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置，其特征在于，所述微型压力传感器通过传感器导线与数据采集仪表相连。
3.根据权利要求1所述的一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置，其特征在于，所述微型压力传感器在安装时，传感器的中心正对混凝土试样的中心。
4.根据权利要求1所述的一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置，其特征在于，所述两块半圆径向变形约束圆筒组成的筒体尺寸与制作所述混凝土试样的模具尺寸相同。
5.一种利用权利要求1-4任意一项所述装置量测锚固结构界面剪胀应力的试验方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、在制作混凝土试样时，将微型压力传感器固定在锚固螺栓的不同高度位置处，安装时传感器的中心正对混凝土试样的中心；
S2、在混凝土试样及注浆锚杆经养护到达试验要求后，将其放置到径向变形约束圆筒内，试样底部通过锚固螺栓与底部加载托盘固定连接，下部拉杆与上部锚杆位于同一轴线上，将微型压力传感器的导线与数据采集仪表相连，然后将数据采集仪表与计算机相连，同时将试验机的拉力/位移传感器与计算机相连；
S3、启动试验机，以位移模式进行加载，数据采集仪表采集压力数据并将压力数据传送给计算机，同时计算机接收到试验机传输来的压力/位移数据，获得加载过程中径向压力的变化规律以及对锚固荷载的影响。
6.根据权利要求5所述的一种量测锚固结构界面剪胀应力的试验方法，其特征在于，所述两块半圆径向变形约束圆筒组成的筒体尺寸与制作所述混凝土试样的模具尺寸相同。
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|---|---|---|---|---|
| CN111964819A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-11-20 | 西安理工大学 | 一种金属导体与固体绝缘材料界面应力检测实验系统 |
| CN113125292A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-07-16 | 东北大学 | 预埋分布式光纤的锚固体制作装置及方法 |
| CN114354389A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-15 | 广州建筑股份有限公司 | 一种管桩与填芯接触面剪切试验的侧限装置及试验方法 |
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