CN110865178A - 一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置及试验方法，本发明通过测力螺栓对试件施加围压，模拟锚固结构锚固段在不同锚固深度时真实受力状态，获得锚固段埋置深度对锚固结构各界面应力分布影响的规律。本发明中用于加载的两块半圆筒体的尺寸与规格均与制作圆柱形混凝土试件时的模具相同，能够保证半圆管壁与圆柱形混凝土试件紧密接触；两个半圆筒体在接缝处留出很小的缝隙，缝隙的存在能够为荷载施加提供空间。测力螺栓与其测力仪表相连，能够准确测得施加的荷载；不需要对万能试验机做任何改造，试验中加载效果良好，克服了锚固结构拉拔试验中不能很好模拟锚固结构锚固段埋置深度对锚固力影响的难题。

Description

一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及锚固结构设计技术领域，特别是一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置及试验方法。
背景技术
锚固结构能够最大限度的调动地下工程围岩的自身承载能力，与其它支护结构相比，以其方便的施工工艺、经济的造价以及广泛的适用性等特点，目前已经广泛应用于岩土工程的各个领域。当前我国所有规范对锚固结构的设计都建立在锚固段各界面剪应力平均分布的假设上，这显然是不准确的。国内外大量研究已经表明，锚固段各界面间的剪应力分布是非常不均匀的，虽然针对该问题许多学者已经开展了卓有成效的研究工作，也获得了一些重要的结论，但距离工程应用还有一定的差距，所以进一步开展对锚固结构各界面间剪应力的研究，对于指导支护结构的设计具有重要的理论意义和实践价值。
在众多的锚固结构研究方法中，拉拔试验无疑是最重要的手段之一，现场拉拔试验，虽然能很好的反映工程实际情况，比如被加固岩体的天然结构状态、支护地点围岩应力情况等。但现场试验经常会受到天气、空间、施工环境等的影响，并且精密的测量仪器也很难在现场应用。实验室内的模型试验在环境、空间以及仪器应用等方便具有现场试验不可比拟的优势，但实验室实验也有很多弱点，其中很重要的一点是实验室模型试验很难模拟被加固岩体三维应力状态。锚固结构锚固段周边围岩的应力状态，对锚固结构的承载能力具有非常显著的影响，在现行的许多锚固结构设计规范中对锚固段的埋置深度都有一定的要求，比如《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120)及《建筑边坡工程技术规范》(GB50330)均有锚固段上覆土层或岩层最小厚度的要求。锚固段埋置深度其本质上反映了锚固段围岩压力对锚固力的影响。在以往进行的大量的实验室模型试验中，试验在无围压与单向围压两种应力环境下进行的情形居多，很显然这两种情形都无法准确的模拟锚固结构实际的受力状态。截止目前，实验室内的锚固结构拉拔试验中，还没有比较合理有效的试验手段来反映锚固段埋置深度对锚固结构各界面应力分布的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置及试验方法，旨在解决现有技术中锚固结构拉拔试验中不能很好模拟锚固结构锚固段埋置深度对锚固力影响的问题，实现获得锚固段埋置深度对锚固结构各界面应力分布影响的规律。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置，所述装置包括：
两块半圆薄壁筒体，通过测力螺栓进行拼接，拼接后的筒体内放置混凝土试件；
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；
混凝土试件底部埋置锚固螺栓与底部加载托盘固定连接；
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，所述测力螺栓连接量测仪表，以测得测力螺栓施加预紧力的数值。
优选地，所述两块半圆薄壁筒体之间设置圆筒预留缝隙，为荷载施加提供空间。
优选地，所述两块半圆薄壁筒体组成的筒体尺寸与制作所述混凝土试件的模具尺寸相同。
本发明还提供了一种模拟锚固段埋置深度影响的试验方法，所述方法包括以下步骤：
S1、将制作好的圆柱形混凝土试件通过埋置在试件中的锚固螺栓与底部加载托盘固定连接；
S2、通过焊接在底部加载托盘中间的拉杆与试验机的下部夹具固定连接；
S3、用砂浆锚固在混凝土试件中的锚杆与试验机上部夹具相连，所述锚杆与拉杆在同一轴线上；
S4、将用于施加围压的两块半圆薄壁筒体套在试件上，并用测力螺栓将二者拼装在一起；
S5、对测力螺栓施加预紧力，通过测力螺栓的量测仪表测得测力螺栓施加预紧力的数值，当达到试验所需数值后，停止拧紧螺栓；
S6、启动试验机，以位移方式对锚杆施加拉拔力，通过与拉力试验机中拉力/位移传感器相连的计算机收集试验数据；
S7、改变施加在测力螺栓上的预紧力，模拟不同埋置深度时产生的径向压力，根据测得的数据，分析施加在试件周围的荷载即锚固段的埋置深度对锚固力的影响。
优选地，所述测力螺栓连接量测仪表，以测得测力螺栓施加预紧力的数值。
优选地，所述两块半圆薄壁筒体之间设置圆筒预留缝隙，为荷载施加提供空间。
优选地，所述两块半圆薄壁筒体组成的筒体尺寸与制作所述混凝土试件的模具尺寸相同。
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，本发明通过设置两块半圆薄壁筒体并通过测力螺栓进行拼接，在拼接后的筒体内放置混凝土试件，并在试件中锚固锚杆进行拉拔试验，通过测力螺栓对试件施加围压，模拟锚固结构锚固段在不同锚固深度时真实受力状态，获得锚固段埋置深度对锚固结构各界面应力分布影响的规律。本发明中用于加载的两块半圆筒体的尺寸与规格均与制作圆柱形混凝土试件时的模具相同，能够保证半圆管壁与圆柱形混凝土试件紧密接触，达到对试件均匀加载；两个半圆筒体在接缝处留出很小的缝隙，缝隙的存在能够为荷载施加提供空间，施加的荷载通过测力螺栓的预紧力提供。测力螺栓与其测力仪表相连，能够准确测得施加的荷载；本发明不需要对万能试验机做任何改造，试件加压装置制作简单，施加荷载方便，理论逻辑清晰，试验中加载效果良好，克服了锚固结构拉拔试验中不能很好模拟锚固结构锚固段埋置深度对锚固力影响的难题。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置的顶面示意图；
图2为本发明实施例中所提供的一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置的立体示意图；
图3为本发明实施例中所提供的一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置的侧面示意图；
图4为本发明实施例中所提供的一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置的底面示意图；
图5为本发明实施例中所提供的一种模拟锚固段埋置深度影响的试验方法流程图；
图中，1-混凝土试验件，2-砂浆，3-锚杆，4-测力螺栓，5-底部加载托盘，6-半圆薄壁筒体，7-圆筒预留缝隙，8-试验机夹具，9-拉杆，10-锚固螺栓。
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模拟锚固段埋置深度影响的试验装置及试验方法进行详细说明。
如图1-4所示，本发明公开了一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置，所述装置包括：
两块半圆薄壁筒体，通过测力螺栓进行拼接，拼接后的筒体内放置混凝土试件；
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；
混凝土试件底部埋置锚固螺栓与底部加载托盘固定连接；
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。
本发明实施例中通过测力螺栓对混凝土试件施加围压，模拟锚固结构锚固段在不同锚固深度时真实受力状态，获得锚固段埋置深度对锚固结构各界面应力分布影响的规律。
两块半圆薄壁筒体，利用三组测力螺栓拼接在一起，所述测力螺栓位于两半圆薄壁筒体的接缝处。在两块半圆薄壁筒体之间设置圆筒预留缝隙，使得测力螺栓在拧紧的过程中可改变筒体内施加的径向压力不同。
两块半圆薄壁筒体结构的主要特点是，二者的尺寸与型号与制作混凝土试件的模具相同，这样薄壁筒体能够与试样紧密接触，保证施加荷载的均匀。筒体内放置直径与筒体相同的圆柱形混凝土试样，通过混凝土内埋置的三根锚固螺栓与圆形底部加载托盘相连，并通过螺母将其固定。底部加载托盘圆心处焊接一个拉杆，拉杆固定在万能试验机的下部夹具上，拉杆需要与锚固在圆柱形混凝土试样中的锚杆在同一轴线上，锚杆与万能试验机的上部夹具相连。
通过该装置进行试验的流程如下：
将制作好的圆柱形混凝土试件通过埋置在试件中的锚固螺栓与底部加载托盘连接在一起；
通过焊接在底部加载托盘中间的拉杆与试验机的下端夹具连接在一起；
用砂浆锚固在混凝土试件中的锚杆与试验机上端夹具相连，固定试件时必须保证锚杆与底部加载托盘焊接的拉杆在同一轴线上；
将用于施加围压的两块半圆形薄壁筒体套在试件上，并用测力螺栓将二者拼装在一起；
对测力螺栓施加预紧力，通过测力螺栓的量测仪表测得测力螺栓施加预紧力的数值，当达到试验所需数值后，停止拧紧螺栓；
启动万能试验机，以位移方式对锚杆施加拉拔力，通过与拉力试验机中拉力/位移传感器相连的计算机收集试验数据；
改变施加在测力螺栓上的预紧力，模拟不同埋置深度时产生的径向压力，重复以上步骤，根据测得的数据，分析施加在试件周围的荷载即锚固段的埋置深度对锚固力的影响。
本发明实施例通过设置两块半圆薄壁筒体并通过测力螺栓进行拼接，在拼接后的筒体内放置混凝土试件，并在试件中锚固锚杆进行拉拔试验，通过测力螺栓对试件施加围压，模拟锚固结构锚固段在不同锚固深度时真实受力状态，获得锚固段埋置深度对锚固结构各界面应力分布影响的规律。本发明中用于加载的两块半圆筒体的尺寸与规格均与制作圆柱形混凝土试件时的模具相同，能够保证半圆管壁与圆柱形混凝土试件紧密接触，达到对试件均匀加载；两个半圆筒体在接缝处留出很小的缝隙，缝隙的存在能够为荷载施加提供空间，施加的荷载通过测力螺栓的预紧力提供。测力螺栓与其测力仪表相连，能够准确测得施加的荷载；本发明不需要对万能试验机做任何改造，试件加压装置制作简单，施加荷载方便，理论逻辑清晰，试验中加载效果良好，克服了锚固结构拉拔试验中不能很好模拟锚固结构锚固段埋置深度对锚固力影响的难题。
如图5所示，本发明实施例还公开了一种模拟锚固段埋置深度影响的试验方法，所述方法包括以下步骤：
S1、将制作好的圆柱形混凝土试件通过埋置在试件中的锚固螺栓与底部加载托盘固定连接；
S2、通过焊接在底部加载托盘中间的拉杆与试验机的下部夹具固定连接；
S3、用砂浆锚固在混凝土试件中的锚杆与试验机上部夹具相连，所述锚杆与拉杆在同一轴线上；
S4、将用于施加围压的两块半圆薄壁筒体套在试件上，并用测力螺栓将二者拼装在一起；
S5、对测力螺栓施加预紧力，通过测力螺栓的量测仪表测得测力螺栓施加预紧力的数值，当达到试验所需数值后，停止拧紧螺栓；
S6、启动试验机，以位移方式对锚杆施加拉拔力，通过与拉力试验机中拉力/位移传感器相连的计算机收集试验数据；
S7、改变施加在测力螺栓上的预紧力，模拟不同埋置深度时产生的径向压力，根据测得的数据，分析施加在试件周围的荷载即锚固段的埋置深度对锚固力的影响。
两块半圆薄壁筒体，利用三组测力螺栓拼接在一起，所述测力螺栓位于两半圆薄壁筒体的接缝处。在两块半圆薄壁筒体之间设置圆筒预留缝隙，使得测力螺栓在拧紧的过程中可改变筒体内施加的径向压力不同。
两块半圆薄壁筒体结构的主要特点是，二者的尺寸与型号与制作混凝土试件的模具相同，这样薄壁筒体能够与试样紧密接触，保证施加荷载的均匀。筒体内放置直径与筒体相同的圆柱形混凝土试样，通过混凝土内埋置的三根锚固螺栓与圆形底部加载托盘相连，并通过螺母将其固定。底部加载托盘圆心处焊接一个拉杆，拉杆固定在万能试验机的下部夹具上，拉杆需要与锚固在圆柱形混凝土试样中的锚杆在同一轴线上，锚杆与万能试验机的上部夹具相连。
通过测力螺栓对混凝土试件施加围压，模拟锚固结构锚固段在不同锚固深度时真实受力状态，获得锚固段埋置深度对锚固结构各界面应力分布影响的规律。
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 (8)

1.一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置，其特征在于，所述装置包括：
两块半圆薄壁筒体，通过测力螺栓进行拼接，拼接后的筒体内放置混凝土试件；
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；
混凝土试件底部埋置锚固螺栓与底部加载托盘固定连接；
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所述的一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置，其特征在于，所述测力螺栓连接量测仪表，以测得测力螺栓施加预紧力的数值。
3.根据权利要求1所述的一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置，其特征在于，所述两块半圆薄壁筒体之间设置圆筒预留缝隙，为荷载施加提供空间。
4.根据权利要求1所述的一种模拟锚固段埋置深度影响的试验装置，其特征在于，所述两块半圆薄壁筒体组成的筒体尺寸与制作所述混凝土试件的模具尺寸相同。
5.一种利用权利要求1-4任意一项所述装置模拟锚固段埋置深度影响的试验方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、将制作好的圆柱形混凝土试件通过埋置在试件中的锚固螺栓与底部加载托盘固定连接；
S2、通过焊接在底部加载托盘中间的拉杆与试验机的下部夹具固定连接；
S3、用砂浆锚固在混凝土试件中的锚杆与试验机上部夹具相连，所述锚杆与拉杆在同一轴线上；
S4、将用于施加围压的两块半圆薄壁筒体套在试件上，并用测力螺栓将二者拼装在一起；
S5、对测力螺栓施加预紧力，通过测力螺栓的量测仪表测得测力螺栓施加预紧力的数值，当达到试验所需数值后，停止拧紧螺栓；
S6、启动试验机，以位移方式对锚杆施加拉拔力，通过与拉力试验机中拉力/位移传感器相连的计算机收集试验数据；
S7、改变施加在测力螺栓上的预紧力，模拟不同埋置深度时产生的径向压力，根据测得的数据，分析施加在试件周围的荷载即锚固段的埋置深度对锚固力的影响。
6.根据权利要求5所述的一种模拟锚固段埋置深度影响的试验方法，其特征在于，所述测力螺栓连接量测仪表，以测得测力螺栓施加预紧力的数值。
7.根据权利要求5所述的一种模拟锚固段埋置深度影响的试验方法，其特征在于，所述两块半圆薄壁筒体之间设置圆筒预留缝隙，为荷载施加提供空间。
8.根据权利要求5所述的一种模拟锚固段埋置深度影响的试验方法，其特征在于，所述两块半圆薄壁筒体组成的筒体尺寸与制作所述混凝土试件的模具尺寸相同。
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