CN206248252U - 一种锚杆轴向测力计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种锚杆轴向测力计，属于锚固测量技术领域。该测力计包括航插出线连接端、应变式应力传感器和锚杆连接件，应变式应力传感器位于航插出线连接端和锚杆连接件中间，应变式应力传感器内部装有8片电阻应变片，通过应变片测量锚杆的应力变化，应变片对称固定在应变式应力传感器内壁上，应变片分别引出两条脚线连接至航插出线连接端的航空插头上，并用环氧树脂胶灌封粘贴应变片和布线钻孔。该测力计安装维护简便，性能稳定可靠，适合在工程中应用，能精确测量工作锚杆的轴向锚固力。
Description
技术领域
本实用新型涉及锚固测量技术领域，特别是指一种锚杆轴向测力计。
背景技术
随着国内地下工程日益增多，锚杆支护作为一种经济有效的支护方式，被许多工程广泛使用。锚杆支护属于隐形支护，对其进行应力监测可以确保支护的质量和可靠性。
国内常用的锚杆应力计主要包括液压式、振弦式以及应变式测力计。液压式测力计的工作原理是外界压力通过锚杆将压力传递给液体，再通过机械仪表对液压的变化进行观察。液压式测力计通常由手动加压泵、千斤顶两部分组成，使用时将锚杆或锚索从测力计中心穿过，测力计处于钢垫座与工作锚之间。这种测力计的优点是结构较为可靠，缺点是数据的读取和记录都要通过人工完成。振弦式测力计的工作原理是当被测结构物内部的应力发生变化时，应变计同步感受变形，变形通过前、后端座传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物内部的应变量。这种应变计安装时通常要放置在被测锚杆中间或绑扎在被测锚杆上，安装过程较为繁琐。应变式测力计的工作原理是把压力的变化转换成电阻的变化进行测量，其原理简单，传感器体积较小，生产及安装成本较低。
目前国内常用的锚杆或锚索测力计多为液压式测力计，也有工程用钢筋测力计代替锚杆测力计进行检测，这类测力计多为振弦式测力计。应变式测力计目前多用于实验室试验的应力应变测量。中国发明专利CN102721494A公开了一种地下工程模型试验用锚杆测力计，采用金属圆管及光纤光栅传感器实现应力测量，安装时固定在托盘与锚具之间，测量的是锚头受力状态；而传感器需要通过光纤接到数据采集系统中，光纤在施工过程中容易损坏，不方便设备的维护。且该测力计的工业设计方面尚不完善，难以承担现场应力的测量工作。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种锚杆轴向测力计，安装维护简便，性能稳定可靠，适合在工程中应用，能精确测量工作锚杆的轴向锚固力。
该测力计包括航插出线连接端、应变式应力传感器和锚杆连接件，应变式应力传感器为圆筒形，航插出线连接端和锚杆连接件分别位于应变式应力传感器前后两端，应变式应力传感器内部装有八片电阻应变片，通过应变片测量锚杆的应力变化，应变片分别引出两条脚线连接至航插出线连接端的航空插头上，应变片通过环氧树脂胶粘贴在应变式应力传感器内壁，航插出线连接端用环氧树脂胶灌封。
锚杆连接件连接锚杆应力计，航插出线连接端连接无线数据发射器或应变采集系统。
应变片分为四片纵向应变片和四片横向应变片，应变片组成等臂全桥式电路，对称固定在应变式应力传感器内壁上。
测力计按上述制作完毕后，进行室内试验标定。在实验室模拟现场潮湿环境，将测力锚杆放置48h以上，然后用压力机进行标定，记录不同吨位时的应变值，最后绘制出应力与应变曲线。
本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：
本实用新型采用应变式传感器，将应变片固定在测力计内部，所用易损部件及导线全部布设在测力计内部，增加了测力计的稳定性，更加方便其使用和维护，使之能够在现场复杂的环境条件下保持长期稳定工作。具体为：
(1)本实用新型通过螺纹连接端与不同型号的锚杆直接连接，利用电阻应变片直接测量锚杆的应变，从而得出轴向应力。而现有测力计大多固定在托盘与锚具之间，测得的是锚头的应力。相比之下，本实用新型测得的数据更加可靠。
(2)应变片安装密封在传感器内部，导线通过测力计尾部的集中插头导出固定，设计紧凑，体积较小，易于在现场进行安装和维护，从而使测力计拥有良好的工业适用性，可以适应现场的各种复杂条件。
(3)被测锚杆在安装应力监测装置的同时不影响其正常工作，简化了测量要求，便于施工过程中对锚杆的应力变化情况进行监测。
因此该锚杆应变监测装置具有很好的推广意义。
附图说明
图1为本实用新型的锚杆轴向测力计安装位置示意图；
图2为本实用新型的锚杆轴向测力计结构示意图；
图3为图2中A-A剖面示意图；
图4为图3中B-B剖面示意图；
图5为应变片组成的等臂全桥式电路示意图。
其中：1—锚杆轴向测力计；2—航空插头；3—航插出线连接端；4—应变式应力传感器；5—锚杆连接件；6—锁紧螺母；7—钢垫座；8—岩土体；9—工作锚杆；10—应变片。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本实用新型提供一种锚杆轴向测力计。如图2所示，该测力计的应变式应力传感器4为圆筒形，航插出线连接端3和锚杆连接件5分别位于应变式应力传感器4前后两端，如图3和图4所示，应变式应力传感器4内部装有八片电阻应变片10，应变片10分别引出两条脚线连接至航插出线连接端3的航空插头2上，应变片10通过环氧树脂胶粘贴在应变式应力传感器4内壁，航插出线连接端3用环氧树脂胶灌封。
其中，锚杆连接件5用于连接锚杆应力计，航插出线连接端3连接无线数据发射器或应变采集系统。
如图5所示，应变片10分为四片纵向应变片和四片横向应变片，应变片(10)组成等臂全桥式电路，对称固定在应变式应力传感器(4)内壁上。
上述锚杆轴向测力计的使用方法，包括如下步骤：
标定测力计，得出关系曲线：将锚杆通过螺纹固定在测力计的锚杆连接件5上，将应变片10组成的等臂全桥电路连接至应变采集系统，对锚杆施加拉力，采集应变值，得到锚杆受力-测力计应变关系曲线。
其中等臂全桥电路的工作原理如下：
Eg为输入电压，ΔU为输出电压，当电压Eg输入，电桥内四个桥臂的电阻应变片阻值均相等，即四个桥臂的电阻值R1＝R2＝R3＝R4＝R，电桥的输出电压ΔU为0。开始加载后，应变片的阻值发生变化，其中纵向应变片为拉伸应变，阻值增大为R+ΔR1；横向应变片为压缩应变，阻值减小为R—ΔR2，此时有差动电压输出，从而通过输出电压的变化反映锚杆的受力情况(如图5)。对于等臂电桥，当桥臂应变片的电阻发生变化时，电桥的输出电压也随之发生变化，且与应变呈线性关系。在桥臂电阻的变化量相同的情况下，等臂电桥的输出电压比其他电桥大，灵敏度也更高。
实际工程测定：如图1所示，将安装测力计的工作锚杆9安装至岩土体8预定区域，锚杆轴向测力计1处于钢垫座7及锁紧螺母6和工作锚杆9之间，通过应变采集系统得到测力计的应变，从而根据测定的应变-应力关系曲线得出锚杆的轴向应力值。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种锚杆轴向测力计，其特征在于：包括航插出线连接端(3)、应变式应力传感器(4)和锚杆连接件(5)，应变式应力传感器(4)为圆筒形，航插出线连接端(3)和锚杆连接件(5)分别位于应变式应力传感器(4)前后两端，应变式应力传感器(4)内部装有八片电阻应变片(10)，应变片(10)分别引出两条脚线连接至航插出线连接端(3)的航空插头(2)上，应变片(10)通过环氧树脂胶粘贴在应变式应力传感器(4)内壁，航插出线连接端(3)用环氧树脂胶灌封。
2.根据权利要求1所述的锚杆轴向测力计，其特征在于：所述锚杆连接件(5)用于连接锚杆应力计，所述航插出线连接端(3)连接无线数据发射器或应变采集系统。
3.根据权利要求1所述的锚杆轴向测力计，其特征在于：所述应变片(10)分为四片纵向应变片和四片横向应变片，应变片(10)组成等臂全桥式电路，对称固定在应变式应力传感器(4)内壁上。
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