CN112129635B - 一种筋体拉拔试验系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种筋体拉拔试验系统及方法，包括：固定件：用于对筋体的一侧端部进行固定；加载件：用于对穿过有筋体的试件施加沿筋体轴线方向的荷载；转动角度测量装置：包括能够与试件固定的承载环，承载环的一侧端面固定有底盘，承载环设有缺口，底盘在缺口位置处设有指针，底盘与转动件转动连接，转动件伸入承载环内部，转动件外周同轴固定有刻度盘，转动件内部滑动连接有用于与筋体锁紧的锁紧件，本发明的试验系统能够在拉拔试验进行的同时对筋体的转动角度进行测量。

Description

一种筋体拉拔试验系统及方法
技术领域
本发明涉及岩土锚固试验设备技术领域，具体涉及一种筋体拉拔试验系统及方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
目前，岩土锚固技术广泛应用于边坡、基坑、隧道等地下工程，锚固界面的粘结力学特性直接影响地下工程的支护水平。20世纪70年代，Fuller和Cox首先对钢筋与注浆材料的粘结力学性能展开研究。20世纪90年代以后，由于岩土锚固等技术的广泛应用，大量学者开始针对筋体-灌浆体界面力学特性以及不同影响因素进行试验和理论研究。发明人发现，其中在研究多数针对单根钢筋或钢绞线在拉拔过程中的应力和轴向位移等变量的关系研究，没有涉及筋体拉拔过程中自身的旋转角度测定。事实上，在锚杆筋体为钢绞线时，其锚杆筋体与灌浆体界面并非沿拉拔轴向产生剪切滑移，而是沿着钢绞线钢丝方向产生一定的旋转角度。越来越多的研究发现，锚杆拉拔过程中，锚杆筋体的旋转现象是筋体-灌浆体界面产生剪胀行为的重要因素，将对锚杆失效演化机制产生影响。并且，如果没有准确考虑锚杆筋体的旋转行为，锚杆承载力设计结果将与实际情况产生偏差，同时对于钢绞线从水泥灌浆体中拔出时的受力机制有一定影响。另外，在锚杆失效过程中，“解绑”旋转使得锚杆筋体内部出现扭转内应力，影响界面摩擦力方向，存在一定的工程事故风险。
现阶段对岩土锚固技术展开了室内试验、现场测试和质量检测等相关研究与检测，但发明人发现，对于筋体拉拔过程中的角度测量仍未得到足够的重视，相关试验未见在筋体拉拔过程中旋转角度的测量。
如果能够在钢绞线拉拔过程中利用力传感器和某种装置直接测出钢绞线在拉拔过程中受到拉力的大小和旋转的角度是最为理想的方法。但是发明人发现，存在的问题是，拉拔过程中荷载太大，直接采用测量装置，对测量角度的装置抵抗荷载能力要求较高。因此，鉴于目前尚未得出钢绞线在拉拔过程中角度的变化规律，亟待需要一种安全可靠，施工方便的装置与测量方法，测得旋转角的变化规律。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种筋体拉拔试验系统，能够有效测得筋体在拉拔过程中转动角度，为测量筋体-灌浆体截面力学特性的研究提供更加精细化的数据。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供了一种筋体拉拔试验系统，包括：
固定件：用于对筋体的一侧端部进行固定；
加载件：用于对穿过有筋体的试件施加沿筋体轴线方向的荷载；
转动角度测量装置：包括能够与试件固定的承载环，承载环的一侧端面固定有底盘，承载环设有缺口，底盘在缺口位置处设有指针，底盘与转动件转动连接，转动件伸入承载环内部，转动件外周同轴固定有刻度盘，转动件内部滑动连接有用于与筋体锁紧的锁紧件。
结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，还包括荷载测量件，用于检测加载件对试件施加的荷载。
结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，还包括位移测量件，用于检测筋体和试件的相对位移。
结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述转动件采用转筒，转筒与底盘转动连接，所述转筒的外筒面与连杆的一端固定连接，连杆的另一端与刻度盘的内侧面固定连接，转筒的内筒面与锁紧件滑动连接，锁紧件能够沿转筒轴线滑动。
结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述转动件的外侧面设有旋转肋，所述旋转肋嵌入底盘设置的第一滑道中，转动件通过旋转肋和第一滑道与底盘转动连接。
结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述锁紧件采用由柔性材质制成的锁紧胶圈，包括锁紧套及设置在锁紧套外周面的滑块，锁紧套能够与筋体挤压固定，所述滑块通过设置在转动件内侧面的第二滑道与转动件滑动连接。
结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述承载环内设置有一端延伸至承载环外周面的第一滑槽，第一滑槽内滑动连接有卡板，所述卡板能够沿第一滑槽伸出至承载环外部，承载环能够通过卡板与试件固定连接。
结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述承载环的一侧端面与底盘连接，另一侧端面设有第二滑槽，卡板上设置有通过第二滑槽伸出至承载环外部的推动部。
结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，还包括图像采集件，所述图像采集件用于实时采集试件在试验过程中的图像。
第二方面，本发明的实施例提供了第一方面所述的筋体拉拔试验系统的工作方法，包括以下步骤：
将设有筋体的试件的筋体穿过承载环及底盘，将试件与承载环固定，将被筋体带动并运动至转动件靠近承载环一端的锁紧件推动至转动件远离承载环的一端，将筋体的一端利用固定件固定，利用加载件对试件施加沿筋体轴线且远离固定件方向的荷载，加载开始后间隔设定时间读取指针在指向刻度盘的读数，得到筋体的转动角度。
本发明的有益效果：
1.本发明的试验系统，设置有转动角度测量装置，转动件及刻度盘能够随筋体转动，而承载环和底盘能够与试件固定，并且设计将由承载环和底盘构成的承载系统与由转动件、刻度盘构成的测量系统分离，可以保证实验过程中高应力对旋转测量过程不产生影响。通过指针、刻度盘和缺口的设置，能够实现在侧面观测读取筋体的转动角度，实现了筋体拉拔试验中转动角度的测量，为测量筋体-灌浆体截面力学特性的研究提供更加精细化的数据。
2.本发明的试验系统，转动件外侧与底盘连接，实现环向转动；内侧设置了锁紧件，可以牢固的夹紧钢绞线，防止钢绞线和装置发生相对转动，并且锁紧件与转动件滑动连接，实现轴向移动。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例1整体结构示意图；
图2为本发明实施例1转动角度测量装置结构示意图；
图3为本发明实施例1承载环结构示意图；
图4为本发明实施例1承载环俯视图；
图5为本发明实施例1承载环主视图；
图6为本发明实施例1承载环侧视图；
图7为本发明实施例1卡板、推动部及卡板导轨装配示意图；
图8为本发明实施例1底盘结构示意图；
图9为本发明实施例1转动件结构示意图；
图10为本发明实施例1转动件俯视图；
图11为本发明实施例1转动件主视图；
图12为本发明实施例1转动件侧视图；
图13为本发明实施例1锁紧件结构示意图；
图14为本发明实施例2试件、筋体与转动角度测量装置装配示意图；
其中，1.锚具夹片，2.千斤顶，3.控制系统，4.压力传感器，5.筋体，6.试件，7.位移计，8.转动角度测量装置，9.CCD工业相机，10.连接板；
8-1.承载环，8-2.固定螺栓，8-3.玻璃盖板，8-4.缺口，8-5.安装槽，8-6.卡板，8-7.卡板导轨，8-8.推动部，8-9.底盘，8-10.转筒，8-11.旋转肋，8-12.第一滑道，8-13.指针，8-14.刻度盘，8-15.锁紧胶圈，8-16.第二滑道，8-17.第一滑槽，8-18.第二滑槽，8-19.连杆；
8-15-1.锁紧套，8-15-2.滑块。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，目前筋体的拉拔试验中无法对筋体的转动角度进行测量，针对上述问题，本申请提出了一种筋体拉拔试验系统。
本申请的一种典型实施方式中，如图1所示，一种筋体拉拔试验系统，包括固定件、加载件、角度测量装置及图像采集件。
所述固定件采用现有的锚具夹片1，能够夹持固定钢绞线等筋体，采用现有元件即可，其具体结构在此不进行详细叙述。
所述加载件采用千斤顶2，所述千斤顶能够对穿过有筋体的试件沿筋体轴线方向的荷载，进而对筋体进行拉拔试验，本实施例中，所述千斤顶采用伺服穿心式千斤顶，所述伺服穿心式千斤顶与控制系统3连接，能够利用控制系统控制其工作。
所述筋体拉拔试验系统还包括荷载检测件，所述荷载检测件采用压力传感器4，压力传感器能够套在筋体5上，检测千斤顶对试件6施加的荷载，所述压力传感器与控制系统连接，能够将采集的荷载信息传输给控制系统。
所述筋体拉拔试验系统还包括位移检测件，所述位移检测件采用位移计7，所述位移计能够安装在千斤顶的固定部上，其探头能够设置在千斤顶的伸缩部上，进而检测试件与筋体的相对位移，所述位移计与控制系统连接，能够将检测得到的位移信息传输给控制系统。
如图2所示，所述转动角度测量装置8包括承载环、底盘、转动件、锁紧件等元件。
如图3-图7所示，所述承载环8-1内径为70mm，所述承载环采用钢材制成，所述承载环沿环向均匀布置多个螺栓孔，承载环的一侧端面通过螺栓孔和固定螺栓8-2与底盘固定连接，其中固定螺栓可选用直径为6mm或8mm的普通螺栓，螺栓孔上部略大于螺栓直径。
所述承载环设置有扇形的缺口8-4，缺口的角度为30°-60°，承载环为固定底盘的一侧端面沿内侧边缘和缺口边缘设置有安装槽8-5，通过安装槽固定有观察窗，所述观察窗采用透明的玻璃盖板8-3制成。
所述承载环上设置有一端延伸至其外周面的第一滑槽，第一滑槽采用T型结构，所述第一滑槽内滑动连接有卡板8-6，卡板长度约为25mm，卡板的两个侧面底部对称设置有卡板导轨8-7，形成与第一滑槽相匹配的T型结构，卡板及卡板导轨嵌入第一滑槽8-17中，使得卡板能够在第一滑槽中平顺滑动，不发生扭转和偏斜，卡板能够通过第一滑槽伸出至承载环外部，所述卡板上还设置有螺栓孔，卡板能够通过螺栓孔与试件内预埋的连接构件进行固定，承载环能够通过卡板与试件固定连接。
所述承载环未连接底盘的端面开设有第二滑槽8-18，第二滑槽与第一滑槽相连通且第二滑槽未延伸至承载环的外周面，所述卡板上设置有推动部8-8，所述推动部通过第二滑槽伸出至承载环外部，推动推动部，推动部能够沿第二滑槽滑动，进而使得卡板沿第一滑槽滑动，从而实现利用推动部将卡板推出和收回承载环，第二滑槽未延伸至承载环的外周面，使得卡板无法通过第一滑槽与承载环脱离。
所述推动部顶面设置有条纹结构，用于增大摩擦力，方便推动。
如图8所示，所述底盘8-9采用钢材制成，其外径与承载环的外径相同，内径为30mm-50mm，内径可根据筋体的直径和数量进行调整，底盘沿环向均匀步骤有螺栓孔，螺栓孔孔壁设有螺纹，底盘通过螺栓孔和固定螺栓与承载环固定连接。
所述底盘与转动件转动连接，转动件伸入承载环内部，具体的，如图9-图12所示，所述转动件采用转筒8-10，转筒分为内层和外层，所述转筒的外层的外筒面上设置有旋转肋8-11，所述旋转肋嵌入底盘内环壁设置的第一滑道8-12中，所述第一滑道中涂抹机油，保证转筒的旋转肋在第一滑道中顺畅的旋转。同时，第一滑道与旋转肋的配合能够防止转筒从底盘和承载环中脱离。
所述缺口对应的底盘位置上固定有指针8-13，所述转筒伸入承载环内部的部分中，外层的外筒面与连杆8-19的一端固定连接，连杆的另一端与环状的刻度盘8-14的内侧面固定连接，所述刻度盘位于转筒的外周，且与转筒同轴设置。
刻度盘能够随转筒转动，进而指针在刻度盘上指示的刻度会发生变化。
所述刻度盘采用透明玻璃或有机玻璃制作，其上印有角度刻度，刻度盘直径约为60mm，承载环的内环壁不会影响刻度盘的转动，刻度盘的高度约为10mm。
本实施例中，由承载环和底盘构成承载系统，可在试验或检测过程中传递轴向荷载，承载能力高，并且设计将承载系统与由转动件、刻度盘等元件构成的测量系统分离，保证试验过程中的高应力对转动件不产生影响，本实施例的装置留有足够的空间来安置表盘并留有观察窗，方便后期读数。
所述转筒的内层的内筒面滑动连接有锁紧件，本实施例中，所述锁紧件采用由柔性材质制成的锁紧胶圈8-15，优选的，所述锁紧胶圈采用橡胶材质制成，如图13所示，所述锁紧胶圈包括锁紧套8-15-1，所述锁紧套的外径与转筒的内径相同，约20mm-40mm，可根据试验或检测的筋体的数量、直径的不同做出相应的调整，所述锁紧套的外周面上沿圆周均匀固定有四个滑块8-15-2，所述滑块嵌入转筒的内筒面设置的第二滑道8-16中，第二滑道沿转筒的轴线方向设置，第二滑道的长度大于滑块的长度，使得锁紧胶圈能够沿转筒的内筒面滑动，同时滑块还可以防止锁紧胶圈与转筒发生相对转动。
所述锁紧套采用橡胶材质制成，能够保持一定的弹性，实现锁紧套与筋体相互挤压提供足够的侧向摩阻力。
锁紧胶圈为可拆卸部件，对于不同筋体数量试验时可更换不同滑块厚度的锁紧胶圈，提高装置适用性。
本实施例的转动件，可以将拉拔过程中筋体的旋转转化为刻度盘示数，通过观察窗可实现侧面观测，使旋转测量装置的安装位置不局限于锚固端头。
所述图像采集件采用CCD工业相机9，所述CCD工业相机用于设置在试件尾部方向，CCD相机通过脚架进行固定，所述CCD工业相机与控制系统连接，能够将采集的图像传输给控制系统。
实施例2：
本实施例公开了实施例1所述的筋体拉拔试验系统的工作方法，所述筋体采用锚杆筋体，试件内预先埋入构件连接件，所述构件连接件采用固定板，固定板上设置有螺纹孔，包括以下步骤：
步骤1：将养护好的试件进行清理，将试件加载端的锚杆筋体表面进行清理，利用细砂纸将锚杆筋体进行初步打磨，去除锚杆筋体上的污渍，在锚杆筋体表面均匀涂抹丙酮，对筋体表面除锈，利用干毛巾将筋体表面擦拭干净。
步骤2：如图14所示，安装转动角度测量装置，首先将转动角度测量装置的刻度进行归零，将卡板对准试件上预埋构件连接件的位置，将锚杆筋体穿过锁紧胶圈，再推动承载环和底盘，使得底盘紧贴试件端面，通过推动部将卡板推出至承载环外部，利用连接板10和螺栓将卡板和固定板进行固定，承载环及底盘与试件无法发生相对转动，保证了测量数据的准确性。
步骤3：由于转动角度测量装置推入时，锁紧胶圈会滑动至第二滑道靠近承载环的端部，因此利用竹钎或螺丝刀将锁紧胶圈推动至第二滑道靠近底盘的端部，随后将刻度盘进行微调。
步骤4：完成转动角度测量装置的安装和微调后，在锚杆筋体中套入压力传感器、垫片、千斤顶，在千斤顶外侧安装固定锚杆筋体用的锚具夹片，用于张拉过程中将锚杆筋体锁紧固定，将各元件调整准直并保证与试件同轴，保证加载不偏心。在试件尾部应用脚架固定CCD工业相机，其中CCD相机应固定牢固，保证内部试件在试验过程中的破坏图像清晰准确。
步骤5：开始进行试验，开启位移计和压力传感器信号采集，利用控制系统对伺服穿心千斤顶进行加载控制，可进行单调匀速递增加载和往复循环加载。可针对不同试验目的进行恒定加载位移速率和恒定荷载速率两种加载工况。加载开始后，每隔设定时间间隔，通过观察窗，读出指针指示刻度盘的角度变化量并进行记录，当旋转每超过360°时，需在读数基础上加上360×旋转圈数。
当试件被拔出后，应力值趋于稳定，此时千斤顶可匀速卸载。卸载过程中，需加密记录锚杆筋体旋转角度，此时锚杆筋体发生反转，因此，旋转角度逐渐减小。试验过程中，观察并记录试件在加载过程中的状态(裂缝、异响等)。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种筋体拉拔试验系统，其特征在于，包括：
固定件：用于对筋体的一侧端部进行固定；
加载件：用于对穿过有筋体的试件施加沿筋体轴线方向的荷载；
转动角度测量装置：包括能够与试件固定的承载环，所述承载环内设置有一端延伸至承载环外周面的第一滑槽，第一滑槽内滑动连接有卡板，所述卡板能够沿第一滑槽伸出至承载环外部，承载环能够通过卡板与试件固定连接，承载环的一侧端面固定有底盘，承载环设有缺口，底盘在缺口位置处设有指针，底盘与转动件转动连接，转动件伸入承载环内部，转动件外周同轴固定有刻度盘，转动件内部滑动连接有用于与筋体锁紧的锁紧件。
2.如权利要求1所述的一种筋体拉拔试验系统，其特征在于，还包括荷载测量件，用于检测加载件对试件施加的荷载。
3.如权利要求1所述的一种筋体拉拔试验系统，其特征在于，还包括位移测量件，用于检测筋体和试件的相对位移。
4.如权利要求1所述的一种筋体拉拔试验系统，其特征在于，所述转动件采用转筒，转筒与底盘转动连接，所述转筒的外筒面与连杆的一端固定连接，连杆的另一端与刻度盘的内侧面固定连接，转筒的内筒面与锁紧件滑动连接，锁紧件能够沿转筒轴线滑动。
5.如权利要求1所述的一种筋体拉拔试验系统，其特征在于，所述转动件的外侧面设有旋转肋，所述旋转肋嵌入底盘设置的第一滑道中，转动件通过旋转肋和第一滑道与底盘转动连接。
6.如权利要求1所述的一种筋体拉拔试验系统，其特征在于，所述锁紧件采用由柔性材质制成的锁紧胶圈，包括锁紧套及设置在锁紧套外周面的滑块，锁紧套能够与筋体挤压固定，所述滑块通过设置在转动件内侧面的第二滑道与转动件滑动连接。
7.如权利要求1所述的一种筋体拉拔试验系统，其特征在于，所述承载环的一侧端面与底盘连接，另一侧端面设有第二滑槽，卡板上设置有通过第二滑槽伸出至承载环外部的推动部。
8.如权利要求1所述的一种筋体拉拔试验系统，其特征在于，还包括图像采集件，所述图像采集件用于实时采集试件在试验过程中的图像。
9.一种权利要求1-8任一项所述的筋体拉拔试验系统的工作方法，其特征在于，将设有筋体的试件的筋体穿过承载环及底盘，将试件与承载环固定，将被筋体带动并运动至转动件靠近承载环一端的锁紧件推动至转动件远离承载环的一端，将筋体的一端利用固定件固定，利用加载件对试件施加沿筋体轴线且远离固定件方向的荷载，加载开始后间隔设定时间读取指针在指向刻度盘的读数，得到筋体的转动角度。
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