一种动静组合载荷下锚杆力学响应测试装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种动静组合载荷下锚杆力学响应测试装置及其使用方法，该装置包括立式机架、静载加载机构和动载加载机构，所述立式机架的内部设置有待测锚杆，所述待测锚杆的上端与所述立式机架的顶部固定连接，其下端竖直向下延伸，所述静载加载机构设置在所述立式支架的下部，且与所述待测锚杆的下端相连接，所述静载加载机构用于对所述待测锚杆施加静载荷，所述动载加载机构设置在所述静载加载机构的下方，且用于对所述待测锚杆施加动载荷。本发明专利技术实现了动静组合载荷下待测锚杆的力学响应测试，且静载荷和动载荷的大小均可人为控制，并能实时调节，同时，本发明专利技术测试操作简单、稳定、可靠，其对深部矿山、隧道等的支护设计等具有重大意义。

A test device for mechanical response of bolt under static combined load and its use method

【技术实现步骤摘要】
一种动静组合载荷下锚杆力学响应测试装置及其使用方法
本专利技术涉及锚杆力学响应测试装置
，尤其涉及一种动静组合载荷下锚杆测试装置及其使用方法。
技术介绍
我国煤炭资源埋深在1000m以下的储量为2.95万亿吨，约占煤炭资源总量的53％，深部煤层必将成为我国煤炭开采的主战场。据不完全统计，我国已有超过50对矿井进入千米以下开采，在采掘过程中，尽管采用了更大的支护强度，但片帮、冒顶等事故以及冲击地压等动力灾害仍明显增多，严重制约着深部煤炭资源安全高效开采。实践表明，进入深部开采后，井下动载扰动现象增多、动载荷明显增大，使巷道围岩及支护结构实际处于初始静载荷和动载扰动的耦合作用下(即动静组合加载)，导致其表现出与浅部明显不同的力学特性。因此，有必要开展动静组合载荷下锚杆(索)等支护结构的力学响应研究，为深部矿山工程支护设计及评价等提供科学依据。现有的锚杆(索)测试设备和方法，多是对锚杆(索)在受纯静载或纯动载作用下力学响应的测试，难以获得锚杆(索)在动静组合载荷作用下力学特性，而现场工程中，锚杆在受到动载扰动前已承受一定静载荷，导致测试结果难以为现场提供准确依据。而且，现有测试设备多针对单一粘结型锚杆，在单一锚固方式(即端锚)下的力学性能测试，难以实现不同类型、不同锚固方式下锚杆力学性能的测试，存在明显的局限性。另外，现有锚杆(索)动载测试设备和方法，多是利用落锤下落，或摆锤自由下摆来冲击锚杆(索)，以实现锚杆(索)在动载下受力及变形状态，其中，冲击能的大小通过重锤的重量和高度或者是摆锤的角度来改变，但是重锤自重、所处高度及摆锤角度等的范围有限，因而产生冲击能的大小有限，当锚杆(索)或其他支护体承载能力超出重锤或摆锤所能提供的冲击能范围时，将无法获得支护体精确完整的力学性能数据。因此，有必要对现有装备和技术进行改进和发展，以实现不同类型、不同锚固方式下的锚杆(索)在动静组合载荷下力学响应的测试，从而为现场工程提供准确依据。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种操作简单、测试结果准确可靠且动静载荷可调的动静组合载荷下锚杆力学响应测试装置及其使用方法。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本专利技术提供的动静组合载荷下锚杆力学响应测试装置，其包括由顶板、底板和两个立板组成的立式机架、静载加载机构和动载加载机构；立式机架的内部顶端固定连接有待测锚杆，待测锚杆下端与静载加载机构相连接，静载加载机构的下方设置有动载加载机构；其中：所述静载加载机构是在两个立板之间固定设置有静载固定梁和静载反力板，静载固定梁的下表面设有静载液压油缸，静载液压油缸的活塞杆与静载反力板相连接；待测锚杆的下端依次穿过静载固定梁和静载反力板后与静载反力板下表面固定连接；在静载固定梁和静载反力板之间设置有位移传感器，用于检测待测锚杆的位移；在静载反力板下表面待测锚杆的外露端设有静载压力传感器，用于检测所述待测锚杆的静载载荷；所述动载加载机构包括动载连接器和设在动载连接器外围的动载驱动单元；其中：所述动载驱动单元包括液压冲击器、动载冲击板和固定连接板，液压冲击器的底部固定在底板上，其顶部与固定连接板相连接，动载冲击板设置在固定连接板的上方，且通过连接螺柱与固定连接板相连接，动载冲击板上设有通孔；所述的动载连接器包括一个设在动载冲击板和固定连接板之间的动载反力板，动载反力板上固定连接一个连接器外筒，连接器外筒可以活动地穿设在动载冲击板通孔中，连接器外筒内部通过螺纹连接一个连接器内筒，连接器内筒的内部设有一台阶内腔，待测锚杆的末端穿设在台阶内腔中，通过锁紧螺母被锁紧在台阶内腔中；在动载反力板的反面设有冲击传感器，要求动载反力板的横截面积大于动载冲击板上通孔的内径。为了加固测试装置，所述立板与所述底板之间还设有固定肋板，固定肋板上还设有减重孔。为了防止在试验过程中锚杆破断部分崩落伤人，所述液压冲击器和所述底板之间还设有缓冲垫。为了实现对不同类型锚杆(粘结式锚杆、胀壳式锚杆)的试验，在立板的内侧上部还对称设有多组夹紧机构，每组夹紧机构包括两个锚固液压缸，两个锚固液压缸对称设置在两个立板的内侧，锚固液压缸的推杆上还设有锚固夹紧板，锚固夹紧板的中心位置处设有一半圆螺纹槽，两个锚固夹紧板的半圆螺纹槽将待测锚杆紧紧夹持后用锁紧螺栓锁紧。为了实现待测锚杆在不同锚固形式(即端部锚固、局部锚固、全长锚固)下的试验，在立板的内侧沿高度方向间隔分布有多个定位螺纹孔，锚固液压缸经定位螺栓穿过定位螺纹孔与立板相连接。本专利技术的待测锚杆包括胀壳式锚杆或粘结式锚杆，当为胀壳式锚杆时，要求圆形卡槽的内径小于胀壳式锚杆的外径，当为粘结式锚杆时，要求圆形卡槽的内径等于粘结式锚杆的外径。利用本专利技术的测试装置可以对待测锚杆在纯静载载荷下的抵抗拉伸能力进行试验，测试步骤如下：第一步、将待测锚杆紧固在测试装置上；紧固方式包括两种情况：第一种情况:当待测锚杆为粘结式锚杆时，将待测锚杆的顶端通过末端托盘和末端螺母固定在顶板上，待测锚杆的下端依次穿过静载固定梁和静载反力板后，通过托盘和外露端螺母固定在静载反力板上；如果需要全锚或部分锚固，进一步启动外部液压油机，驱动待测锚杆两侧的锚固液压油缸的推杆同步伸长，并使待测锚杆全部或部分被压紧在左右锚固夹紧板所形成的圆形卡槽中，最后，通过锁紧螺栓和第二锁紧螺母将左右锚固夹紧板固定连接；第二种情况：当待测锚杆为胀壳式锚杆时，只需启动外部液压油机，驱动待测锚杆两侧的锚固液压油缸的推杆同步伸长，并使待测锚杆全部或部分被压紧在左右锚固夹紧板所形成的圆形卡槽中，最后，通过锁紧螺栓和第二锁紧螺母将左右锚固夹紧板固定连接；第二步、启动外部液压油机，设定载荷输出值，通过静载液压油缸对静载反力板逐渐施加静载荷，记录力学响应。利用本专利技术的测试装置可以对待测锚杆在动静组合载荷下力学响应的测试步骤：第一步、将待测锚杆紧固在测试装置上；紧固方式包括两种情况：第一种情况:当待测锚杆为粘结式锚杆时，将待测锚杆的顶端通过末端托盘和末端螺母固定在顶板上，待测锚杆的下端依次穿过静载固定梁和静载反力板后，外露端通过托盘和螺母固定在静载反力板上；如果需要全锚或部分锚固，进一步启动外部液压油机，驱动待测锚杆两侧的锚固液压油缸的推杆同步伸长，并使待测锚杆全部或部分被压紧在左右锚固夹紧板所形成的圆形卡槽中，最后，通过锁紧螺栓和锁紧螺母将左右锚固夹紧板固定连接；第二种情况：当待测锚杆为胀壳式锚杆时，只需启动外部液压油机，驱动待测锚杆两侧的锚固液压缸的推杆同步伸长，并使待测锚杆全部或部分被压紧在左右锚固夹紧板所形成的圆形卡槽中，最后，通过锁紧螺栓和第二锁紧螺母将左右锚固夹紧板固定连接；第二步、对待测锚杆施加静载荷，并在达到预设静载值时，保持不变；具体包括：启动外部液压油机，设定载荷输出值，通过静载液压油缸对静载反力板逐渐施加静载荷，待测锚杆拉紧并达到预设静载值时，保持不变；第三步、对待测锚杆施加动载荷，并记录所述待测锚杆的力学响应值，具体包括两种情况：第一种情况：对待测锚杆施加破坏性动载荷，通过外部液压油机对液压冲击器设定破坏性载荷输出值，使固定连接板向下运动，从而带动动载冲击板快速向下冲击动载反力板一次，然后记录待测锚杆的力学响应值；第二种情况：对待测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动静组合载荷下锚杆力学响应测试装置,其特征在于，它包括由顶板、底板和两个立板组成的立式机架、静载加载机构和动载加载机构；立式机架的内部顶端固定连接有待测锚杆，待测锚杆下端与静载加载机构相连接，静载加载机构的下方设置有动载加载机构；其中：所述静载加载机构是在两个立板之间固定设置有静载固定梁和静载反力板，静载固定梁的下表面设有静载液压油缸，静载液压油缸的活塞杆与静载反力板相连接；待测锚杆的下端依次穿过静载固定梁和静载反力板后与静载反力板下表面固定连接；在静载固定梁和静载反力板之间设置有位移传感器，用于检测待测锚杆的位移；在静载反力板下表面待测锚杆的外露端设有静载压力传感器，用于检测所述待测锚杆的静载载荷；所述动载加载机构包括动载连接器和设在动载连接器外围的动载驱动单元；其中：所述动载驱动单元包括液压冲击器、动载冲击板和固定连接板，液压冲击器的底部固定在底板上，其顶部与固定连接板相连接，动载冲击板设置在固定连接板的上方，且通过连接螺柱与固定连接板相连接，动载冲击板上设有通孔；所述的动载连接器包括一个设在动载冲击板和固定连接板之间的动载反力板，动载反力板上固定连接一个连接器外筒，连接器外筒可以活动地穿设在动载冲击板通孔中，连接器外筒内部通过螺纹连接一个连接器内筒，连接器内筒的内部设有一台阶内腔，待测锚杆的末端穿设在台阶内腔中，通过锁紧螺母被锁紧在台阶内腔中；在动载反力板的反面设有冲击传感器，要求动载反力板的横截面积大于动载冲击板上通孔的内径。...

【技术特征摘要】
1.一种动静组合载荷下锚杆力学响应测试装置,其特征在于，它包括由顶板、底板和两个立板组成的立式机架、静载加载机构和动载加载机构；立式机架的内部顶端固定连接有待测锚杆，待测锚杆下端与静载加载机构相连接，静载加载机构的下方设置有动载加载机构；其中：所述静载加载机构是在两个立板之间固定设置有静载固定梁和静载反力板，静载固定梁的下表面设有静载液压油缸，静载液压油缸的活塞杆与静载反力板相连接；待测锚杆的下端依次穿过静载固定梁和静载反力板后与静载反力板下表面固定连接；在静载固定梁和静载反力板之间设置有位移传感器，用于检测待测锚杆的位移；在静载反力板下表面待测锚杆的外露端设有静载压力传感器，用于检测所述待测锚杆的静载载荷；所述动载加载机构包括动载连接器和设在动载连接器外围的动载驱动单元；其中：所述动载驱动单元包括液压冲击器、动载冲击板和固定连接板，液压冲击器的底部固定在底板上，其顶部与固定连接板相连接，动载冲击板设置在固定连接板的上方，且通过连接螺柱与固定连接板相连接，动载冲击板上设有通孔；所述的动载连接器包括一个设在动载冲击板和固定连接板之间的动载反力板，动载反力板上固定连接一个连接器外筒，连接器外筒可以活动地穿设在动载冲击板通孔中，连接器外筒内部通过螺纹连接一个连接器内筒，连接器内筒的内部设有一台阶内腔，待测锚杆的末端穿设在台阶内腔中，通过锁紧螺母被锁紧在台阶内腔中；在动载反力板的反面设有冲击传感器，要求动载反力板的横截面积大于动载冲击板上通孔的内径。2.如权利要求1所述的动静组合载荷下锚杆力学响应测试装置,其特征在于，所述立板与所述底板之间还设有固定肋板，固定肋板上还设有减重孔。3.如权利要求1所述的动静组合载荷下锚杆力学响应测试装置,其特征在于，所述液压冲击器和所述底板之间还设有缓冲垫。4.如权利要求1所述的动静组合载荷下锚杆力学响应测试装置,其特征在于，在立板的内侧上部还对称设有多组夹紧机构，每组夹紧机构包括两个锚固液压缸，两个锚固液压缸对称设置在两个立板的内侧，锚固液压缸的推杆上还设有锚固夹紧板，锚固夹紧板的中心位置处设有一半圆螺纹槽，两个锚固夹紧板的半圆螺纹槽将待测锚杆紧紧夹持后用锁紧螺栓锁紧。5.如权利要求4所述的动静组合载荷下锚杆力学响应测试装置,其特征在于，在立板的内侧沿高度方向间隔分布有多个定位螺纹孔，锚固液压缸经定位螺栓穿过定位螺纹孔与立板相连接。6.一中如权利要求1-5任一所述的动静组合载荷下锚杆力学响应测试装置的测试方法，其特征在于，第一步、将待测锚杆紧固在测试装置上；紧固方式包括两种情况：第一种情况...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学生，徐强，谭云亮，范德源，宁建国，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37