CN204530800U - 一种适用于锚索锚固段蠕变特性的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于锚索锚固段蠕变特性的试验装置，为填补预应力锚索锚固段蠕变特性研究的空白，揭示锚索和注浆体截面之间的变形时间效应，提出一种适用于锚索锚固段蠕变特性的试验方法及试验装置。基于空间轴对称平衡微分方程、物理方程和几何方程提出各参数相似关系，并制定模型试验相似比。试验装置自上而下包括预应力锚索(筋)，加载千斤顶、锚固装置、锚索计、反力架、注浆体、模型槽及锚固螺栓组成。监测装置由千分表，应变片组成。该装置不仅能够模拟锚固段蠕变试验，还能够进行锚索(杆)抗拔试验。

Description

一种适用于锚索锚固段蠕变特性的试验装置

技术领域

本实用新型属岩土工程技术领域，具体涉及锚索蠕变的室内模型试验装置。

背景技术

预应力锚固技术因其对岩土体扰动小、施工快、经济等优点日益成为边坡加固工程中的首选方法，并取得了巨大的经济效益和社会效益。这种高效、经济的预应力加固技术目前在其他土木工程领域中也得到了广泛的应用，如隧道、船闸、坝体、地下厂房、深基坑等工程，并多作为永久性支护措施被应用于一些安全等级要求较高的工程中。但是受预应力水平、锚固技术、材料力学性能及蠕变等因素影响，锚索预应力会发生损失甚至失效，前三种影响因素与时间效应无关，国内外学者也做了大量的试验研究，但对于蠕变特性的研究仅局限于对锚固段周围岩体的在高预应力荷载作用下的蠕变变形规律，对锚固段锚索与注浆体之间界面蠕变特性的研究还没有开展，本实用新型为填补预应力锚索锚固段蠕变特性研究的空白，揭示锚索和注浆体界面之间的变形时间效应，提出一种适用于锚索锚固段蠕变特性的试验方法及试验装置。

在申请号为[201310476174.0]的专利中公开了一种非金属抗浮锚杆蠕变试验加载装置，虽然该装置能够对锚杆实施有效的加载，但是该装置在加载完成以后千斤顶不能取出，而一般情况下千斤顶本身在长时间荷载作用下会产生回油，即千斤顶提供反力会越来越小，造成试验荷载小于设计荷载，影响试验精准性；同时反力梁采用工字钢，虽然工字钢抗弯刚度大，但是在高应力荷载作用下还是会发生跨中弯曲；再者该试验装置每次只能进行一根锚索的加载，锚索蠕变是一个时间效应过程，所需时间长，故该装置进行蠕变试验效率低。

实用新型内容

本实用新型为克服现有技术理论及试验研究的不足，提出一种适用于预应力锚索锚固段蠕变特性的试验方法及试验装置。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种适用于预应力锚索锚固段蠕变特性的试验装置，包括一个模型槽，所述模型槽包括两个并行设置的且垂直固定有锚索的装置，在两个锚索端部均固定有测试其变形的应变计，两个锚索的一端通过注浆体固定在模型槽内，另一端均穿过固定在模型槽上方的反力架，其中一个锚索穿过反力架后，其上安装一个锚索计和锚固螺栓；另一个锚索在穿过反力架后，其上安装锚索计、穿心千斤顶、压力传感器和锚固螺栓。

所述的锚索计通过锚固螺栓固定在反力架的顶部。

所述的穿心千斤顶固定在一个千斤顶支架上，所述的千斤顶支架固定在反力架的顶部。

所述的压力传感器通过锚固螺栓固定在千斤顶的顶部。

所述的模型槽包括两个圆柱形的圆筒，两个圆筒之间通过焊接连接成整体结构，在每个圆筒的底部预留有用于安装锚固丝杠的孔。

所述圆筒底部用螺栓将锚固丝杠固定在圆筒的孔内，然后用环氧树脂将孔做密封处理。

在模型槽的两侧设有两个支撑板，所述的支撑板与位于其上方的反力架相连。

所述的模型槽的顶部设有千分表。

上述装置测试内容包括锚索(杆)预应力随时间变化规律，锚固段锚索(杆)蠕变，注浆体变形及锚杆自由段变形；所述锚杆预应力通过锚索计测定，锚固段和自由段变形通过在锚索(杆)表面粘贴应变计测定，注浆体变形通过在其表面设置固定千分表进行测量。

上述装置的测试方法如下：

步骤1根据试验装置与实际模型的相似关系，确定各个零部件；

步骤2将模型槽与反力架连接成整体，模型槽的圆筒底部用螺栓将锚固丝杠固定在圆筒上，之后用环氧树脂将圆筒底部的孔做密封处理；

步骤2在圆筒中心放置贴有应变计的锚索，且锚索上部先通过锚固螺栓固定在反力架上；

步骤3在圆筒内浇筑注浆体，浇筑完成之后的模型放置在标准条件下养护设定的时间；

步骤4试件养护完后，进行预应力张拉，在反力架上依次放置刚垫块，锚索计，下锚固螺栓，千斤顶支架，穿心千斤顶，压力传感器和上锚固螺栓，并在模型槽顶部安装用来测量注浆体位移的千分表；

步骤5：先将上锚固螺栓拧紧，下锚固螺栓与垫板保持一定距离，进行应变测试，按照设计预应力水平进行预应力张拉，达到设计荷载之后，拧紧下锚固螺栓，卸载穿心千斤顶上预应力；

步骤6：测定锚索计上的荷载大小，并与设计荷载进行比较，若两者相差超过100N，重新张拉，此时增大张拉时荷载，以抵消锚固时预应力损失，该过程应反复进行，直至满足设计要求；

步骤7：完成预应力张拉以后，测定锚固段锚索的应变和注浆体顶部位移，然后每隔一天测定一次钢筋应变。

所述测试方法中测试内容包括锚索(杆)预应力随时间变化规律，锚固段锚索(杆)蠕变，注浆体变形及锚杆自由段变形。

所述锚杆预应力通过锚索计测定，锚固段和自由段变形通过在锚索(杆)表面粘贴应变计测定，注浆体变形通过在其表面设置固定千分表进行测量。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型提出一种锚固段蠕变特性的试验方法和试验模型，可用于预应力锚索(杆)与注浆体截面之间蠕变特性试验研究，基于相似条件，制定合理的试验模型基本参数相似比。

2.制定锚固段蠕变试验注浆体与预应力锚索(杆)界面之间变形时间效应测试方法。

3.本实用新型模型槽为拼装结构，除可进行预应力锚索锚固段蠕变特性试验外，还可研究预应力与锚固岩体蠕变协同作用下锚固结构的预应力损失和失效机理试验研究。同时可进行预应力锚索(杆)的极限抗拔模型试验研究。

4.该装置为同种工况下的锚索锚固段蠕变试验，左侧和右侧的锚索两者互为对比平行试验，左侧为预应力施加完成以后锚固示意图，右侧为加载过程示意图；试验时对两个锚索实施一样的预紧力，然后对试验数据进行采集，可以在同等试验条件下，对加载结果进行对比，观察误差值。

附图说明

图1为锚固段蠕变试验装置主视图；

图2为锚固段蠕变试验装置三维图；

图3为锚索抗拔试验示意图；

图中：1.锚固螺栓，2.压力传感器，3.穿心千斤顶，4.千斤顶支架，5.钢垫板，6.锚索计，7.反力架，8.锚索，9.千分表，10.圆筒，11.锚固丝杠，12.PVC管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型技术方案进一步补充说明：

一种适用于预应力锚索锚固段蠕变特性的试验方法及试验装置，试验装置自上而下包括预应力锚索，加载千斤顶、锚固装置、锚索计、反力架、注浆体、模型槽及锚固螺栓组成。监测装置由千分表，应变片组成。

模型槽包括两个并行设置的且垂直固定有锚索的圆筒10，在两个锚索端部均固定有测试其变形的应变计，两个锚索的一端通过注浆液固定在模型槽内，另一端均穿过固定在模型槽上方的反力架7，其中一个锚索8穿过反力架7后，其上安装一个锚索计6；另一个锚索8在穿过反力架7后，其上安装锚索计6、穿心千斤顶3和压力传感器2；锚索计6通过锚固螺栓1固定在反力架7的顶部。

压力传感器2通过锚固螺栓固定在千斤顶的顶部。

两个圆筒10之间通过焊接连接成整体结构，在每个圆筒的底部预留有用于安装锚固丝杠11的孔。

圆筒底部用螺栓将锚固丝杠固定在圆筒的孔内，然后用环氧树脂将孔做密封处理。

在模型槽的两侧设有两个支撑板，所述的支撑板与位于其上方的反力架相连。

所述的模型槽的顶部设有千分表9。

预应力锚索(筋)直径在5～30mm之间，预应力锚索为1～7束，通过锚头固定；预应力锚筋通过螺栓固定，下部设置打孔垫块；

加载千斤顶为横向穿心千斤顶3，其最大加载反力不小于300kN，对应锚索计不小于300kN；穿心千斤顶3固定在一个千斤顶支架4上，所述的千斤顶支架4固定在反力架7的顶部。

反力架7材料为优质碳素结构钢，其长度为1m，高度为30cm～50cm，横梁形状为“工”字型，宽度为20cm，在模型槽中心位置处打孔，孔径为10～30mm，每个反力架设置3个竖向支撑结构，通过螺栓与底部模型槽连接。

模型槽为两个圆柱形筒状结构，其材料为Q235普通钢材，壁厚为15～20mm，圆筒直径为30～50cm，高度为40～50cm，两圆筒之间通过焊接连接成整体结构，底部预留4个直径为10～20mm孔，底部与圆筒侧壁之间设置4个斜撑。圆筒外侧焊接到两侧钢板上，通过螺栓与反力架连接。

具体的试验方法如下:

1.利用图3中的装置先对预应力锚索进行抗拔试验，具体如下：

如图3所示，适用于预应力锚索抗拔试验测试的装置，主要包括10圆筒和7反力架，圆筒10外侧焊接到两侧钢板上，通过螺栓与反力架7连接。圆筒10底部预留4个直径为10～20mm孔，用于安置11锚固丝杠；实验方法如下：

步骤1首先应通过螺栓将圆筒9与反力架7连接成整体，圆筒10底部用螺栓将锚固丝杠11固定在圆筒10上，之后用环氧树脂将圆筒10底部4个孔洞做密封处理；

步骤2锚固丝杠11安装完成之后，在中心位置放置PVC管12，底部用环氧树脂密封，并浇筑周围模拟岩体；

步骤3待模拟岩体达到一定强度之后，取出PVC管12，在圆筒10中心放置贴有应变计的锚索(杆)8，为保证体不偏离中心位置，锚索(杆)8上部应先通过锚固螺栓1固定在反力架7上；

步骤4在圆筒10内浇筑注浆体，注浆体高度为40cm，浇筑完成之后的模型应放置在标准条件(恒温、恒湿)下养护28天。

步骤5试件养护至28后，进行锚索(杆)8抗拔试验，，穿心千斤顶3，压力传感器3和上锚固螺栓1，锚固螺栓1应先拧紧，并安装千分9用来测量注浆体位移和锚杆位移。

步骤5张拉之前，先进行应变测试，并按照循环加载法进行抗拔试验。

2.利用如图1、图2所述的装置进行预应力锚索锚固段蠕变模型试验研究

如图1、图2所示，适用于预应力锚索锚固段蠕变特性的试验装置，主要包括10圆筒和7反力架，圆筒10外侧焊接到两侧钢板上，通过螺栓与反力架7连接。圆筒10底部预留4个直径为10～20mm孔，用于安置11锚固丝杠，具体试验步骤如下：

步骤1.首先应通过螺栓将圆筒9与反力架7连接成整体，圆筒10底部用螺栓将锚固丝杠11固定在圆筒10上，之后用环氧树脂将圆筒10底部4个孔洞做密封处理；

步骤2.锚固丝杠11安装完成之后，在圆筒10中心放置贴有应变计的锚索(杆)8，为保证体不偏离中心位置，锚索(杆)8上部应先通过锚固螺栓1固定在反力架7上；

步骤3.在圆筒10内浇筑注浆体，注浆体高度为40cm，浇筑完成之后的模型应放置在标准条件(恒温、恒湿)下养护28天。

步骤4.试件养护至28后，进行预应力张拉，在反力架7上先后放置刚垫块5，锚索计7，下锚固螺栓1，千斤顶支架4，穿心千斤顶3，压力传感器3和上锚固螺栓1并安装千分表9用来测量注浆体位移。

步骤5.先将上锚固螺栓1拧紧，下锚固螺栓1与垫板5保持一定距离，张拉之前，应先进行应变测试，按照设计预应力水平进行预应力张拉，达到设计荷载之后，拧紧下锚固螺栓1，卸载穿心千斤顶3上预应力。

步骤6.测定锚索计5上的荷载大小，并与设计荷载进行比较，若两者相差超过100N，应进行重新张拉，此时应增大张拉时荷载，以抵消锚固时预应力损失，该过程应反复进行，直至满足设计要求。

步骤7.完成预应力张拉以后，测定锚固段钢筋应变和注浆体顶部位移，以后每隔一天测定一次钢筋应变。

为保证试验结果的准确性，试验模型应按照几何相似条件确定几何尺寸，并根据试验内容制定相应试验方法，本实用新型相似条件如下：

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种适用于锚索锚固段蠕变特性的试验装置，其特征在于：包括一个模型槽，所述模型槽包括两个并行设置的且垂直固定有锚索的装置，在两个锚索端部均固定有测试其变形的应变计，两个锚索的一端通过注浆液固定在模型槽内，另一端均穿过固定在模型槽上方的反力架，其中一个锚索穿过反力架后，其上安装一个锚索计；另一个锚索在穿过反力架后，其上安装锚索计、穿心千斤顶和压力传感器。

2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述的锚索计通过锚固螺栓固定在反力架的顶部。

3.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述的穿心千斤顶固定在一个千斤顶支架上，所述的千斤顶支架固定在反力架的顶部。

4.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述的压力传感器通过锚固螺栓固定在千斤顶的顶部。

5.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述的模型槽包括两个圆柱形的圆筒，两个圆筒之间通过焊接连接成整体结构，在每个圆筒的底部预留有用于安装锚固丝杠的孔。

6.如权利要求5所述的试验装置，其特征在于：所述圆筒底部用螺栓将锚固丝杠固定在圆筒的孔内。

7.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：在模型槽的两侧设有两个支撑板，所述的支撑板与位于其上方的反力架相连。

8.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述的模型槽的顶部设有千分表。