锚杆应力腐蚀试验装置、原位力学测试系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及锚杆力学性能测试设备技术领域，公开了一种锚杆应力腐蚀试验装置、原位力学测试系统及方法，其中锚杆应力腐蚀试验装置包括壳体、锚固段、锚杆、导流管以及应力施加机构，锚固段固接于壳体的一端的内壁，锚杆的一端嵌设于锚固段内，锚杆的另一端穿出壳体的另一端并连接于应力施加机构；导流管的进口设于壳体外，导流管的管体贯穿锚固段，且导流管的出口靠近锚杆，以将腐蚀液导流至锚杆位于锚固段外的杆体。该锚杆应力腐蚀试验装置和测试系统能够对实际尺寸锚杆杆体进行应力腐蚀试验，并可在锚杆不卸载的状态下直接进行力学性能测试，以获取锚杆的剩余强度及腐蚀后力学性能的劣化规律，或进行锚杆在腐蚀环境中的服役寿命预测。

Bolt stress corrosion test device, in-situ mechanical test system and method

【技术实现步骤摘要】
锚杆应力腐蚀试验装置、原位力学测试系统及方法
本专利技术涉及锚杆力学性能测试设备
，尤其涉及一种锚杆应力腐蚀试验装置、原位力学测试系统及方法。
技术介绍
随着煤矿开采条件的日益复杂，锚杆支护技术得到了快速发展和应用。针对深部高应力、冲击地压、强烈采动影响等复杂困难巷道支护，近几年大力发展了高预应力强力支护技术，锚杆强度等级不断提高，但锚杆破断现象仍然频发。锚杆破断的主要影响因素包括工作环境、受力状态等。高强度锚杆在力学断裂方式和机制上同圆钢等低强度锚杆有一定的差异。在低强度支护阶段，由于开采条件简单，锚杆的主要破断形式为拉伸载荷不足导致的拉伸破断，断口有明显颈缩。为实现高强度支护，锚杆的材质、加工工艺及初始受力形式都发生了大的变化，强度的提高一定程度上也降低了杆体的韧塑性，高预应力的施加改变了杆体的初始工作状态。煤矿井下环境复杂，淋水、高温高湿等恶劣环境越来越多。钢锚杆作为一种金属制品，首先要受到其所在环境的腐蚀，主要包括水腐蚀、大气腐蚀和介质腐蚀。腐蚀后锚杆的断裂形式和特征会发生根本变化。与锚杆在一般环境下的破断形式不同，复杂恶劣环境下的断裂大多是锚杆在腐蚀介质和高应力耦合作用下的应力腐蚀引起。目前锚杆的力学性能测试的系统、设备及分析较为成熟，但对于锚杆在应力-腐蚀环境下的力学性能的测试较少，主要是利用慢应变速率拉伸试验机进行应力腐蚀试验。利用慢应变速率拉伸试验机进行应力腐蚀试验的主要不足有：①锚杆只能施加拉伸载荷，不能施加弯曲、扭转等载荷；②试件尺寸小，只能部分接触腐蚀性溶液；③试验时间短，与实际工况相差较大。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种锚杆应力腐蚀试验装置、原位力学测试系统及方法，用以解决现有的锚杆的力学性能测试系统施加载荷类型单一、腐蚀液接触面小、试验时间短的问题。本专利技术实施例提供一种锚杆应力腐蚀试验装置，包括壳体、锚固段、锚杆、导流管以及应力施加机构，所述锚固段固接于所述壳体的一端的内壁，所述锚杆的一端嵌设于所述锚固段内，所述锚杆的另一端穿出所述壳体的另一端并连接于所述应力施加机构；所述导流管的进口设于所述壳体外，所述导流管的管体贯穿所述锚固段，且所述导流管的出口靠近所述锚杆，以将腐蚀液导流至所述锚杆位于所述锚固段外的杆体。其中，所述应力施加机构套接于所述锚杆，所述应力施加机构包括沿所述锚杆的轴向依次连接的载荷传感器、锚杆托板、调心球垫和施力组件，所述载荷传感器的一端抵接于所述壳体，所述施力组件与所述锚杆锁紧连接。其中，所述施力组件包括锚具锚环和呈锥形的锚具夹片，所述锚具锚环套设于所述锚杆外，且所述锚具锚环连接于所述调心球垫；所述锚具锚环内设有与所述锚具夹片相配合的锥形孔，所述锚杆通过所述锚具夹片楔紧连接于所述锚具锚环，以对所述锚杆施加拉伸应力。其中，所述施力组件包括螺母，所述螺母套设于所述锚杆外，且所述螺母连接于所述调心球垫；所述螺母与所述锚杆旋紧连接，以对所述锚杆同时施加拉伸应力和扭转应力。其中，所述应力施加机构还包括斜块，所述斜块安装于所述载荷传感器和所述锚杆托板之间，以对所述锚杆施加弯曲应力。其中，所述壳体靠近所述应力施加机构的一端开设有出液口。本专利技术实施例还提供一种锚杆应力腐蚀原位力学测试系统，包括至少一个如上述所述的锚杆应力腐蚀试验装置，还包括循环腐蚀装置和加载测试装置；所述循环腐蚀装置包括腐蚀液贮存容器、输送泵和固定框架，所述腐蚀液贮存容器的出口通过所述输送泵连接于导流管的进口，锚杆远离锚固段的一端通过回液管连接于所述腐蚀液贮存容器的进口；所述固定框架设置有至少一个固定安装位，所述固定安装位用于安装壳体，以使所述锚杆的轴向沿竖直方向；所述加载测试装置包括轴向加载机构、切向加载机构和用于固定所述壳体的固定座，所述轴向加载机构用于推动应力施加机构远离所述固定座，以沿所述锚杆的轴向拉伸所述锚杆；所述切向加载机构设置于所述锚杆的两侧，所述切向加载机构用于沿所述锚杆的切向剪切所述锚杆。其中，所述壳体远离所述锚固段的一端与载荷传感器之间还设有挡板，所述挡板可滑动地套设于所述锚杆；所述轴向加载机构包括轴向支撑座和轴向加载推杆，所述轴向支撑座可滑动地套设于所述壳体远离所述锚固段的一端，且所述轴向支撑座设置于所述挡板背离所述载荷传感器的一侧；所述轴向加载推杆安装于所述固定座和所述轴向支撑座之间，以推动所述轴向支撑座远离所述固定座；所述固定座朝向所述轴向支撑座的一侧还安装有轴向位移传感器。其中，所述壳体对应所述切向加载机构的侧壁面还开设有加载口，所述切向加载机构包括两个分别设置于所述壳体的两侧的切向加载推杆，且两个所述切向加载推杆的轴线交错平行设置，所述切向加载推杆的输出端可由所述加载口伸入所述壳体内，以剪切所述锚杆；所述切向加载推杆的缸体处还安装有切向位移传感器。本专利技术实施例还提供一种使用上述所述的锚杆应力腐蚀原位力学测试系统的方法，包括：将锚杆应力腐蚀试验装置的壳体固定安装于循环腐蚀装置的固定框架的固定安装位，连接输送泵和导流管的进口，连接回液管和锚杆远离锚固段的一端；启动所述输送泵，经过预设时间后停止所述输送泵，分离所述输送泵和所述导流管的进口，分离所述回液管和所述锚杆；将所述壳体设有所述锚固段的一端固定安装于加载测试装置的固定座；启动轴向加载机构和/或切向加载机构，直至所述锚杆破断。本专利技术实施例提供的锚杆应力腐蚀试验装置、原位力学测试系统及方法，其中锚杆应力腐蚀试验装置包括壳体、锚固段、锚杆、导流管以及应力施加机构，锚杆的一端通过锚固段固定在壳体内，锚杆的另一端伸出壳体并连接于应力施加机构，通过应力施加机构对锚杆施加拉伸应力、扭转应力和/或弯曲应力；通过贯穿锚固段的导流管可以将腐蚀液导入至锚杆位于锚固段以外的杆体，腐蚀液顺着锚杆的杆体从锚杆的另一端流走，可以最大化地对锚杆进行应力腐蚀。该锚杆应力腐蚀试验装置和测试系统可以对锚杆施加不同类型、大小的预应力，实现受力状态和预紧力级别的任意组合，能够对实际尺寸锚杆杆体进行应力状态、腐蚀离子浓度和腐蚀时间等多变量组合的应力腐蚀试验，并且可在锚杆不卸载的状态下直接进行力学性能测试。该测试系统可以扩展试验装置的数量，适应多变量、大量样品试验，并对腐蚀环境下的锚杆支护设计和安全性评估提供支持。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例中的一种锚杆应力腐蚀试验装置的结构示意图；图2是图1中的锚杆应力腐蚀试验装置的锚固段的放大示意图；图3是本专利技术实施例中的一种应力施加机构的放大示意图；图4是本专利技术实施例中的另一种应力施加机构的放大示意图；图5是本专利技术实施例中的又一种应力施加机构的放大示意图；图6是本专利技术实施例中的再一种应力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锚杆应力腐蚀试验装置，其特征在于，包括壳体、锚固段、锚杆、导流管以及应力施加机构，所述锚固段固接于所述壳体的一端的内壁，所述锚杆的一端嵌设于所述锚固段内，所述锚杆的另一端穿出所述壳体的另一端并连接于所述应力施加机构；所述导流管的进口设于所述壳体外，所述导流管的管体贯穿所述锚固段，且所述导流管的出口靠近所述锚杆，以将腐蚀液导流至所述锚杆位于所述锚固段外的杆体。/n

【技术特征摘要】
1.一种锚杆应力腐蚀试验装置，其特征在于，包括壳体、锚固段、锚杆、导流管以及应力施加机构，所述锚固段固接于所述壳体的一端的内壁，所述锚杆的一端嵌设于所述锚固段内，所述锚杆的另一端穿出所述壳体的另一端并连接于所述应力施加机构；所述导流管的进口设于所述壳体外，所述导流管的管体贯穿所述锚固段，且所述导流管的出口靠近所述锚杆，以将腐蚀液导流至所述锚杆位于所述锚固段外的杆体。


2.根据权利要求1所述的锚杆应力腐蚀试验装置，其特征在于，所述应力施加机构套接于所述锚杆，所述应力施加机构包括沿所述锚杆的轴向依次连接的载荷传感器、锚杆托板、调心球垫和施力组件，所述载荷传感器的一端抵接于所述壳体，所述施力组件与所述锚杆锁紧连接。


3.根据权利要求2所述的锚杆应力腐蚀试验装置，其特征在于，所述施力组件包括锚具锚环和呈锥形的锚具夹片，所述锚具锚环套设于所述锚杆外，且所述锚具锚环连接于所述调心球垫；所述锚具锚环内设有与所述锚具夹片相配合的锥形孔，所述锚杆通过所述锚具夹片楔紧连接于所述锚具锚环，以对所述锚杆施加拉伸应力。


4.根据权利要求2所述的锚杆应力腐蚀试验装置，其特征在于，所述施力组件包括螺母，所述螺母套设于所述锚杆外，且所述螺母连接于所述调心球垫；所述螺母与所述锚杆旋紧连接，以对所述锚杆同时施加拉伸应力和扭转应力。


5.根据权利要求3或4所述的锚杆应力腐蚀试验装置，其特征在于，所述应力施加机构还包括斜块，所述斜块安装于所述载荷传感器和所述锚杆托板之间，以对所述锚杆施加弯曲应力。


6.根据权利要求1所述的锚杆应力腐蚀试验装置，其特征在于，所述壳体靠近所述应力施加机构的一端开设有出液口。


7.一种锚杆应力腐蚀原位力学测试系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1至6中任一项所述的锚杆应力腐蚀试验装置，还包括循环腐蚀装置和加载测试装置；
所述循环腐蚀装置包括腐蚀液贮存容器、输送泵和固定框架，所述腐蚀液贮存容器的出口通过所述输送泵连接于导流管...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚晓威，吴拥政，张镇，吴志刚，孟宪志，李昌儒，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11