专利名称：压力分散型锚索内锚固段钢绞线受力测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种压力分散型锚索内锚固段钢绞线的受力测试装置，该装置可广泛应用在水利水电工程建设、地下工程及边坡防治工程锚固领域。
背景技术：
近年来，压力分散型(又称单孔复合)锚索已在岩土锚固工程中获得了迅速的发展。为探讨这一新型锚固技术的机理和特点，当前主要的工作集中在数值分析和对现场抗拔试验的研究。由于受钻孔弯曲以及孔内注浆对钢绞线握裹等因素的影响，锚索在孔口的抗拔力是否通过钢绞线有效地传递到了处于不同位置的单元内锚固段，这是广大设计者和工程师们密切关注的问题，也是评价锚索加固效果和锚索材料安全系数储备的一个重要方面。锚固工程是一项复杂的隐蔽工程，再加上施工过程中不可避免的钻孔弯曲和钢绞线绞缠，所有这些因素的制约，为钻孔内锚索的受力状况分析带来了极大的困难。利用现代测试手段对处于内锚固段的钢绞线受力进行实际的测定，是充分揭示这一新型锚索工作特点以及评价其工程实际锚固效果的有效方法。
对压力分散型锚索内锚固段钢绞线受力进行测定，现场的技术难度较大，主要在于钢绞线上布置测试元件的方法以及锚索孔内测试元件的防潮绝缘技术。在2000年10月《岩土锚固技术的新进展》论文集的“单孔复合锚固法的机理和实践”一文中介绍了一种测试手段，即利用应变计测试锚杆内锚固段的受力。此外，国内外还出现有采用应力计和电阻片等对锚索体中的钢绞线受力进行测定的方法。这些方法通常是将钢绞线材料进行一定的处理，如局部切除无粘结钢绞线的塑料保护层，再对需贴片处的钢绞线表面做磨面加工，然后将应变片粘贴于钢绞线外表面上，以感应钢绞线的拉伸变形，再根据材料某些特性参数将应变换算成应力。这种做法的缺点在于一是对原材料的结构造成了一定程度的损伤；其次，最重要的方面是由于每束钢绞线由多根钢丝互相绞缠而成(例如7根φ5的钢丝缠绕后形成φ15.24的钢绞线)，外表面极不规则，钢绞线受拉时每根钢丝变形并不一致，因此极易造成应力计、应变片松动且受力不均，从而严重影响了测试精度，使测量结果误差较大。
本实用新型的目的在于针对上述测试技术存在的缺陷，对压力分散型锚固法提供一种测试内锚固段钢绞线受力的装置，该装置克服了对材料本身结构破坏带来的不利影响，并实现了钢绞线受力的直接测定。
发明内容
本实用新型充分考虑到每束钢绞线由数根钢丝绞缠而形成的特殊材料结构，根据压力分散型锚索内锚固段的结构和受力特点，在单元内锚固段受拉的钢绞线和受压的刚性承载体2之间设计了一个测力传感器3，其基本原理是将传统方法中对钢绞线材料受拉后的应变测试，转化为测试钢绞线通过挤压套1施加在刚性承载体2上的压力，如图1所示。该测力传感器3主要组成由里至外依次是内腔5、环行弹性体4、应变计6、外壳7、信号线8。在环行弹性体4的两端设计了两个圆形刚性承载体2，改进了原承载体的结构布置形式，以适应测力计的受力特点和信号传输的需要。如图2所示，刚性承载体2材料为45号铬钢，结构面上布设有信号线预留孔9、钢绞线预留孔10、注浆管预留孔11。为适应地下工作环境的要求，测力传感器3为一水密封测试元件，其测力的最大量程为单元锚固段中的各钢绞线的极限荷载之和。另一方面，测力传感器3的内腔5如果被锚索孔内的水泥砂浆充填，环形弹性体4受压变形时将被迫克服固化后的水泥砂浆的阻力，这样就会导致系统测试精度下降，为此，刚性承载体2与环形弹性体4的连接方式为密封性焊接，各预留孔在无粘结钢绞线12和注浆管14穿入后用环氧树脂等强力胶将空隙密封。此外，由于测力传感器3和刚性承载体2增大了锚索体头部的重量，为便于施工过程中在钻孔内顺利下锚，注浆管14采用具有一定刚度的钢管。
本实用新型的有益效果是，测定内锚固段钢绞线受力时无须对钢绞线本身做任何处理，不破坏材料原结构，避免了对具有极不规则外表面的钢绞线直接进行应变测试，测量值不依赖钢绞线材料本身的任何特性参数，从而大大提高了测试的精度和可靠度。
图1是测力传感器和刚性承载体组合结构主视图图2是刚性承载体预留孔沿A-A线的平面布置图图3是测力传感器结构图图4是压力分散型锚索结构样图图5是内锚固段沿B-B线的放大剖视图图6是刚性承载体沿C-C线的侧向剖视图图中1.挤压套，2.刚性承载体，3.测力传感器，4.环行弹性体，5.内腔，6.应变计，7.外壳，8.信号线，9.信号线预留孔，10.钢绞线预留孔，11.注浆管预留孔，12.无粘结钢绞线，13.内锚固段，14.注浆管。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型压力分散型锚索内锚固段钢绞线受力测试装置作进一步详细的描述。
为叙述方便，以典型的八束钢绞线压力分散型锚索为例，先介绍压力分散型锚索的基本结构。图4至图6所示为这一新型锚索的结构原理图，锚索内锚固段的核心部件是挤压套1、刚性承载体2、无粘结钢绞线12、内锚固段13。由图3所示锚索的四个内锚固段13分别处于钻孔轴向的不同位置，每个单元锚固段均有自己的刚性承载体2和预应力无粘结钢绞线12。无粘结钢绞线12穿过刚性承载体2上的预留孔10，其末端与挤压套1形成一体化结构。挤压套1的内径与剥除塑料保护层后的无粘结钢绞线12外径咬合，刚性承载体2上预留孔10的孔径小于挤压套1的外径3mm，从而确保无粘结钢绞线12在受拉的情况下，刚性承载体2为无粘结钢绞线12与挤压套1一体化的结构提供充分的阻抗力。
根据上述压力分散型锚索的基本结构，本实用新型在图1、图2、图3所示的实施方式中，用以测读钢绞线受力的测力传感器3的组成部分由里至外依次是内腔5、环行弹性体4、应变计6、外壳7、信号线8。该测力传感器3两端分别通过环形弹性体4与两个刚性承载体2相连接，安装在各单元内锚固段13中，用以测试钢绞线受拉后通过挤压套1施加在刚性承载体2上的压力。这种测试方法有效地避免了对具有极不规则外表面的钢绞线直接进行应变测试，从而确保材料自身的完整性并可大大提高测试精度。在这种测试装置中，测力传感器的外径小于锚索孔的有效孔径10～15mm，其内腔5是无粘结钢绞线12和注浆管14的必经通道，环形弹性体4为一直接的感压元件，当其受力变形后，粘贴其上的应变计6也产生相应的变形，然后通过信号线8传输相关的信号至测读仪表，从而获得相应的压力值，传感器3测力的最大量程等于各单元锚固段13中无粘结钢绞线12的极限荷载之和。为测试装置整体受力结构和内腔5密封的需要，我们在测力传感器3的环形弹性体4两端设计了两个刚性承载体2，环形弹性体4两端与刚性承载体2的连接方式均为密封性焊接。
在本实用新型中，刚性承载体2的设计是影响测试精度的一个重要方面，首先必须保证其有足够的抗压强度，研究证明，45号铬钢十分合适；其次，改进后的刚性承载体2的外径必须与测力传感器3外壳7的外径保持一致；此外，刚性承载体2上的钢绞线预留孔10孔位的布置需与环形弹性体4内径相匹配，各预留孔10所在虚圆的最大外径应小于环形弹性体4的内径，以避免无粘结钢绞线12在测力传感器内腔5中通过时被环形弹性体4内壁挤压而受剪。
由于本实用新型中的整个测试装置工作时均需埋设于锚索钻孔内，不可避免地受到地下水和孔内注浆的影响，为防止测试元件失效或精度损失，首先在测力传感器3的外壳7内表面和环形弹性体4的外表面接触处的两端安装了“O”型密封圈，装配时在连接处涂抹强力密封胶，使得测力传感器本身为一水密封元件。其次，如果孔内注浆体充填测力传感器3内腔5，环形弹性体4受压变形时将被迫克服固化后的水泥砂浆的阻力，这样就会导致系统测试精度下降，为防止这种情况带来测量精度的损失，在刚性承载体2和测力传感器3的环形弹性体4连接时须采用密封性焊接。此外，在无粘结钢绞线12和注浆管14从刚性承载体2预留孔(10、11)中穿出后，其间的环状空隙均用环氧树脂等强力胶将接触处密封。最后，由于测力传感器3和刚性承载体2的安装一定程度上增大了锚索体头部的重量，为确保锚索在增加受力监测设施后施工顺利，注浆管14采用具有一定刚度的钢管，并且高压注浆时不提拔注浆管14。
权利要求1.一种压力分散型锚索内锚固段钢绞线的受力测试装置，该装置包括一个测力传感器(3)和两个刚性承载体(2)，其特征在于测力传感器(3)的主要部件由环行弹性体(4)、内腔(5)、应变计(6)、外壳(7)、信号线(8)组成，两个刚性承载体(2)分别位于测力传感器(3)的环形弹性体(4)两端，刚性承载体(2)和环形弹性体(4)的连接方式为密封性焊接，无粘结钢绞线(12)和注浆管(14)从刚性承载体(2)的预留孔和测力传感器内腔(5)中通过，刚性承载体(2)上各预留孔孔壁和无粘结钢绞线(12)、注浆管(14)之间的空隙用环氧树脂等强力胶密封。
2.根据权利要求1所述的压力分散型锚索内锚固段钢绞线的受力测试装置，其特征是测力传感器(3)直接安装在各单元内锚固段的刚性承载体(2)之间，且为一密封装置，测力传感器的外径小于锚索孔的有效内径10～15mm，测力的最大量程为单元锚固段中的各钢绞线的极限荷载之和。
3.根据权利要求1所述的压力分散型锚索内锚固段钢绞线的受力测试装置，其特征是刚性承载体(2)外径与测力传感器外壳(6)的外径保持一致，刚性承载体(2)上增设有四个信号线预留孔(9)，刚性承载体(2)制作材料为45号铬钢。
专利摘要本实用新型面向岩土锚固工程领域，公开了一种压力分散型锚索内锚固段钢绞线的受力测试装置。它由一个测力传感器(3)和位于测力传感器(3)两端的两个刚性承载体(2)组合而成，该测试装置利用测力传感器(3)测定钢绞线受力后通过挤压套(1)施加在刚性承载体(2)上的压力，避免了对钢绞线这一外表面极不规则的特殊结构材料受拉变形的直接应变测定，测量结果不依赖于钢绞线材料的任何特性参数，大大提高了对钢绞线受力测试的可靠性和精度。该装置具有强的密封性，并有效地克服了锚索孔内的地下水、复杂的锚索施工工艺和注浆体对测试元件的影响。
文档编号G01L5/04GK2577267SQ02279050
公开日2003年10月1日 申请日期2002年9月6日 优先权日2002年9月6日
发明者李邵军, 冯夏庭, 赵洪波, 刘建 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所
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