CN215952834U - 锚杆锚固力检测标定装置和检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种锚杆锚固力检测标定装置和检测装置，所述的检测标定装置包括套设在外锚螺母外且与之周向固定连接的液压扭力扳手、与锚垫板抵紧且套设在液压扭力扳手外的反力支撑架、与反力支撑架抵接的千斤顶、以及与千斤顶抵接且与锚杆固接的反力紧固件，千斤顶和液压扭力扳手与泵站连接；还包括位移测量装置、压力测量装置、扭矩测量装置和角度测量装置。本实用新型通过对已施工锚固的锚杆进行反向施加轴向荷载及反向扭力，通过同时检测反向荷载、外锚螺母轴向位移、外锚螺母反向扭力和角度变量，对扭力转换系数进行定量测定，进而准确测量和判定锚杆锚固力，相比人工手动扭力检测方式，更可靠和准确。

Description

锚杆锚固力检测标定装置和检测装置

技术领域

本实用新型属于锚固系统领域，具体涉及一种锚杆锚固力检测标定装置和检测装置。

背景技术

预应力锚杆与喷射混凝土相结合的支护体系，因具有独特优异的工作特性，如较大的柔性，能适应岩石适度的变形，可快速提供恒定抗力并形成有效的承载拱，改善围岩应力状态，保持洞室稳定性等。因此，在国内外的各类隧道、洞室、巷道等支护工程中获得了广泛应用。预应力锚杆的力学作用效果是否能够充分发挥取决于其施锚时机，即是否能在安设后的最短时间内施加预应力，以提供满足要求的锚固力。

在锚杆的安装及使用过程中，由于锚杆的外锚螺母预紧过程的扭矩转化系数定量难，造成了锚杆实际预应力无法准确定量而难以达到设计要求的问题。因此，对锚杆锚固力的检测成为了一项非常重要的质量检测工作。

目前，行业通行及常用的检测方式是采用简易扭矩扳手对锚杆螺母扭矩进行检测。由于受锚杆托板与岩壁、锚杆锁紧螺母与托板间的摩擦效应影响，加之锚杆种类较多，其外端螺纹的螺距不同，造成不同扭矩产生的预紧力也不同，使得检测过程中施加扭力的大小只能依靠操作者的感觉和经验。当预设值过小时，不能有效检出真实扭矩值，当预设值过大时，又可能出现螺纹滑牙甚至拧断的危险情况，使得这种检测方式的可靠性较差，准确性不高，且只能相对评价一批锚杆锚固力的大小，不能真实检测锚杆的锚固力。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的第一个目的是提供一种锚杆锚固力检测标定装置。本实用新型的第二个目的是提供一种锚杆锚固力检测装置。

为达到上述第一个目的，本实用新型采用如下技术方案：锚杆锚固力检测标定装置，锚杆的一端锚入岩层中，另一端伸出至岩层外，岩层表面抵接有穿过锚杆的锚垫板，锚杆上固接有将锚垫板压紧的外锚螺母；检测标定装置包括能够套设在所述外锚螺母外且与之周向固定连接的扭力扳手、能够与所述锚垫板抵紧且套设在扭力扳手外的反力支撑架、与反力支撑架抵接的千斤顶、以及与千斤顶抵接且与所述锚杆固接的反力紧固件，千斤顶与泵站连接，反力支撑架和千斤顶可相对锚杆轴向移动；检测标定装置还包括测量外锚螺母轴向位移的位移测量装置、测量千斤顶压力的压力测量装置、测量扭力扳手反向扭力的扭矩测量装置、以及测量所述外锚螺母扭转角度的角度测量装置，所述位移测量装置、压力测量装置、扭矩测量装置和角度测量装置外接数据分析系统。

上述技术方案中，通过同时对已安装完成并锚固的锚杆进行反向施加轴向荷载及反向扭力，通过同时检测反向轴向荷载、外锚螺母轴向位移、外锚螺母反向扭力和角度变量，对外锚螺母预紧过程的扭力转换系数进行定量测定，并可对外锚螺母发生松动时反向扭力与锚杆锚固力之间的对应关系进行标定，由此便可通过测定外锚螺母发生松动时反向扭力获知锚杆的锚固力，相比传统人工手动扭力检测方式，本方案更可靠和准确，而且本方案可适用于锚杆伸出长度较短的情况。

在本实用新型的一种优选实施方式中，位移测量装置为位移传感器，位移传感器固接在外锚螺母上。

上述技术方案中，采用位移传感器直接测量外锚螺母轴向位移，测量更准确，而且将位移传感器固接在外锚螺母上，能更准确的获得外锚螺母与锚垫板之间发生的相对位移，使得检测结果更准确。

在本实用新型的一种优选实施方式中，压力测量装置为设置在千斤顶与泵站连接的液压管路上的压力传感器。

上述技术方案中，通过压力传感器获知千斤顶的供油压力，再根据千斤顶活塞的有效面积，便可得出反向轴向载荷。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，扭力扳手为液压扭力扳手，液压扭力扳手与泵站连接，液压扭力扳手集成有扭矩测量装置。液压扭力扳手施加扭力方便，相比机械式扭力扳手无需太大的操作空间，而且集成有扭矩测量装置，方便测量扭力扳手施加的反向扭力。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，角度测量装置为固接在所述液压扭力扳手上的角度传感器。采用角度传感器直接测量外锚螺母扭转的角度，测量更准确。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，千斤顶与泵站连接的管路上设有流量传感器，流量传感器外接数据分析系统。

上述技术方案中，通过设置流量传感器，可通过流量和千斤顶压力信息换算得到千斤顶活塞杆位移量，具体换算可采用现有技术。

在本实用新型的一种优选实施方式中，反力紧固件为与锚杆螺纹连接的反力螺母；或者反力紧固件为与锚杆可拆卸固定连接的工具锚。

上述技术方案中，采用反力螺母作为反力紧固件，结构简单，操作方便，而且反力螺母与锚杆的连接快捷。

在本实用新型的一种优选实施方式中，反力支撑架、千斤顶和反力紧固件的中心位于同一轴线上。

为达到上述第二个目的，本实用新型采用如下技术方案：锚杆锚固力检测装置，锚杆的一端锚入岩层中，另一端伸出至岩层外，岩层表面抵接有穿过锚杆的锚垫板，锚杆上螺纹连接有将所述锚垫板压紧的外锚螺母；检测装置包括能够套设在所述外锚螺母外且与之周向固定连接的液压扭力扳手，液压扭力扳手与泵站连接；检测装置还包括测量液压扭力扳手反向扭力的扭矩测量装置、以及测量所述外锚螺母扭转角度的角度测量装置，扭矩测量装置和角度测量装置外接数据分析系统。

上述计算方案中，先通过本实用新型提供锚杆锚固力检测标定装置，对外锚螺母发生松动时反向扭力与锚杆锚固力之间的对应关系进行标定，再采用方案的锚杆锚固力检测装置检测外锚螺母发生松动时反向扭力，由此便可得出锚杆的实际锚固力。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是实施例中的锚杆锚固力检测标定装置的结构示意图。

图2是实施例中的锚杆锚固力检测装置的结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括：岩层1、锚杆2、锚垫板3、外锚螺母4、反力支撑架5、千斤顶6、反力紧固件(反力螺母)7、位移测量装置(位移传感器)8、泵站9、液压扭力扳手10、角度测量装置(角度传感器)11、压力测量装置(压力传感器)12、流量传感器13。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实施例提供了一种锚杆锚固力检测标定装置(以下简称检测标定装置)和锚杆锚固力检测装置，其针对锚杆安装完成并施加预紧力后，检测其锚固力。如图1所示，锚杆2为螺纹钢筋，锚杆2的一端锚入岩层1中，另一端伸出至岩层1外，岩层1的表面抵接有穿过锚杆2的锚垫板3，锚垫板3为钢垫板，锚杆2上固接有将锚垫板3压紧的外锚螺母4。

如图1所示，在一种优选实施方式中，本实施例的检测标定装置包括能够套设在外锚螺母4外且与之周向固定连接的液压扭力扳手 10、能够与锚垫板3抵紧且套设在液压扭力扳手10外的反力支撑架 5、与反力支撑架5抵接的千斤顶6、以及与千斤顶6抵接且与锚杆2 固接的反力紧固件7。千斤顶6和液压扭力扳手10与泵站9连接，泵站9可根据工程实际情况采用满足压力和流量要求的手动、电动或气动的液压泵站。反力支撑架5和千斤顶6可相对锚杆2轴向移动，优选反力支撑架5、千斤顶6和反力紧固件7的中心位于同一轴线，反力支撑架5架设在外锚螺母4外，且外锚螺母4可在反力支撑架5 内部轴向活动。

因锚杆2检测特点在于位移值较小，弹性模量较大，本实施例的反力支撑架5、千斤顶6和反力紧固件7三者构成反力部件，在检测中保证反力部件独立于锚垫板3外。

该检测标定装置还包括测量外锚螺母轴向位移的位移测量装置8、测量千斤顶压力的压力测量装置12、测量液压扭力扳手反向扭力的扭矩测量装置、以及测量所述外锚螺母扭转角度的角度测量装置11，位移测量装置8、压力测量装置12、扭矩测量装置和角度测量装置 11外接数据分析系统。

在本实施方式中，千斤顶6的活塞杆(能伸进伸出千斤顶缸体的杆，即为本领域的顶缸)可从千斤顶6的缸体左端伸进伸出，千斤顶 6的活塞杆的左端与反力支撑架5的左端抵紧，千斤顶6的缸体的右端与反力紧固件7的左端抵紧；当然也可使千斤顶6的活塞杆从千斤顶6的缸体右端伸进伸出，千斤顶6的缸体的左端与反力支撑架5的右端抵紧，千斤顶6的活塞杆的右端与反力紧固件7的左端抵紧。

在本实施方式中，反力紧固件7为与锚杆2螺纹连接的反力螺母。当然，反力紧固件7也可为与锚杆2可拆卸固定连接的工具锚。

在一种实施方式中，液压扭力扳手10为数显式液压扭力扳手，扭矩测量装置内置在液压扭力扳手10中，由此可实时获知液压扭力扳手10施加的反向扭力，液压扭力扳手10的结构和工作原理为现有技术，在此不详述。

在一种实施方式中，位移测量装置8为位移传感器，该位移传感器8固接在外锚螺母4上，通过测量外锚螺母4的位移量来测量锚杆 2的伸长量，并获得外锚螺母4相对锚垫板3的位移量。优选位移传感器8采用磁吸的方式可拆卸固接在外锚螺母4上。

在一种实施方式中，压力测量装置12为设置在千斤顶与泵站9 连接的液压管路上的压力传感器，压力传感器12可集成在泵站9上。通过压力传感器12获知千斤顶的供油压力，再根据千斤顶6的活塞的有效面积，便可得出千斤顶6施加给锚杆2的反向轴向载荷。

在一种实施方式中，角度测量装置11为固接在所述液压扭力扳手上的角度传感器，采用角度传感器11直接测量外锚螺母4扭转的角度。优选角度传感器11采用磁吸的方式可拆卸固接在外锚螺母4 上。

在另一种优选的实施方式中，液压扭力扳手10与泵站9连接的进油管上设有流量传感器13，流量传感器13可集成在泵站9上，流量传感器13外接数据分析系统。

使用该检测标定装置时，先将液压扭力扳手10套在外锚螺母4 上，然后将反力支撑架5套在液压扭力扳手10外，然后将千斤顶6 套在锚杆2外。再将反力螺母7螺纹连接在锚杆2上，通过拧紧反力螺母7，使反力支撑架5的左端与锚垫板1的右端抵紧，千斤顶6的左端与反力支撑架5的右端抵紧。然后再将位移传感器8固接在外锚螺母4上，将角度传感器11固接在液压扭力扳手10上。

接下来启动泵站9使千斤顶6和液压扭力扳手10工作，进行张拉测试，缓慢施加荷载，加载速率不超过1kN/s，保证外锚螺母4与锚垫板3相对位移持续变化量不超过0.05mm。沿锚杆2轴向进行反力加载，同时对外锚螺母4进行反向扭力施加。

检测过程中，通过位移测量装置8检测出外锚螺母8相对锚垫板 3产生的轴向位移。通过压力测量装置12检测出千斤顶6的供油压力，根据该供油压力计算得出千斤顶施加的反向轴向载荷。通过液压扭力扳手10显示的扭力值得到施加给外锚螺母4的反向扭力。通过角度测量装置11检测出外锚螺母4扭转的角度。

整个检测过程分为三个阶段：①扭力扳手10施加的反向扭力不变，流量传感器13测得的流量持续增加；②扭力扳手10施加的反向扭力持续增大，流量传感器13测得的流量缓慢增加；③扭力扳手10 施加的反向扭力持续增大，流量传感器13测得的流量突变。

检测过程中，当千斤顶6施加的轴向反力荷载使得外锚螺母4的轴向位移出现突变时，可视为外锚螺母4与锚垫板1之间的摩擦力被完全解除，同时液压扭力扳手10的反向扭力也会使得外锚螺母4的扭转角度出现突变；此时千斤顶6施加的反向轴向载荷即为锚杆的锚固力，此时，也可视为液压扭力扳手10施加的反向扭力已经被完全转化为了锚杆2的轴向拉力，即扭力转化系数达到峰值，数据分析系统根据便可据此建立液压扭力扳手10的反向扭力与锚杆2的锚固力的换算关系，并对反向扭力和锚固力进行标定。

检测过程中，千斤顶6和液压扭力扳手10可由一套泵站9提供液压动力，在油路系统设置对应的压力传感器12和流量传感器13，通过标定准确建立千斤顶施加给锚杆的反正轴向荷载与扭力扳手的反向扭力的换算关系，并且有利于数据的同步采集分析。

如图2所示，通过前述过程对反向扭力和锚固力进行标定后，便可仅通过液压扭力扳手10施加的反向扭力来检测并确认锚杆的锚固力。

如图2所示，具体检测过程为：扭力扳手10使外锚螺母4转动，对外锚螺母4进行反向扭力施加，在施加过程中监测液压扭力扳手 10的扭矩、外锚螺母4的扭转角度及流量传感器12测得的流量数据，当液压扭力扳手10的反向扭力使得外锚螺母4的扭转角度出现突变时，记录此时的反向扭力，并根据反向扭力与锚固力的换算关系，得出锚杆的锚固力。

在本说明书的描述中，参考术语“优选的实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.锚杆锚固力检测标定装置，所述锚杆的一端锚入岩层中，另一端伸出至岩层外，岩层表面抵接有穿过锚杆的锚垫板，锚杆上螺纹连接有将所述锚垫板压紧的外锚螺母；其特征在于，所述检测标定装置包括能够套设在所述外锚螺母外且与之周向固定连接的扭力扳手、能够与所述锚垫板抵紧且套设在扭力扳手外的反力支撑架、与反力支撑架抵接的千斤顶、以及与千斤顶抵接且与所述锚杆固接的反力紧固件，所述千斤顶与泵站连接，所述反力支撑架和千斤顶可相对锚杆轴向移动；

所述检测标定装置还包括测量外锚螺母轴向位移的位移测量装置、测量千斤顶压力的压力测量装置、测量扭力扳手反向扭力的扭矩测量装置、以及测量所述外锚螺母扭转角度的角度测量装置，所述位移测量装置、压力测量装置、扭矩测量装置和角度测量装置外接数据分析系统。

2.根据权利要求1所述的锚杆锚固力检测标定装置，其特征在于，所述位移测量装置为位移传感器，所述位移传感器固接在所述外锚螺母上。

3.根据权利要求1所述的锚杆锚固力检测标定装置，其特征在于，所述压力测量装置为设置在所述千斤顶与泵站连接的液压管路上的压力传感器。

4.根据权利要求1所述的锚杆锚固力检测标定装置，其特征在于，所述扭力扳手为液压扭力扳手，所述液压扭力扳手与泵站连接，所述液压扭力扳手集成有所述扭矩测量装置。

5.根据权利要求1所述的锚杆锚固力检测标定装置，其特征在于，所述角度测量装置为固接在所述扭力扳手上的角度传感器。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的锚杆锚固力检测标定装置，其特征在于，所述千斤顶与泵站连接的进油管上设有流量传感器，所述流量传感器外接数据分析系统。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的锚杆锚固力检测标定装置，其特征在于，所述反力紧固件为与所述锚杆螺纹连接的反力螺母；或者所述反力紧固件为与所述锚杆可拆卸固定连接的工具锚。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的锚杆锚固力检测标定装置，其特征在于，所述反力支撑架、测力油缸和反力紧固件的中心位于同一轴线上。

9.锚杆锚固力检测装置，所述锚杆的一端锚入岩层中，另一端伸出至岩层外，岩层表面抵接有穿过锚杆的锚垫板，锚杆上螺纹连接有将所述锚垫板压紧的外锚螺母；其特征在于，所述检测装置包括能够套设在所述外锚螺母外且与之周向固定连接的液压扭力扳手，所述液压扭力扳手与泵站连接；

所述检测装置还包括测量液压扭力扳手反向扭力的扭矩测量装置、以及测量所述外锚螺母扭转角度的角度测量装置，所述扭矩测量装置和角度测量装置外接数据分析系统。

10.根据权利要求9所述的锚杆锚固力检测装置，其特征在于，所述液压扭力扳手为数显液压扭力扳手，所述扭矩测量装置内置在液压扭力扳手中，所述角度测量装置为固接在所述液压扭力扳手上的角度传感器。

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