一种振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构制造技术

一种振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构，包括锚杆主体、太阳能发电系统、振动监测系统、膨胀监测系统、加热系统；太阳能发电系统为锚杆各电器元件提供动力，振动监测系统捕捉分析动载，将加热信号传递给加热系统，膨胀监测系统检测锚杆膨胀率并下达终止加热命令保护锚杆；制作方法包括在锚杆内依次安装振动信号处理器、膨胀信号处理器、振动传感器、应变片、电热丝、加热控制器、蓄电池以及在锚杆外加装太阳能板等；本实用新型专利技术提供的一种振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构，监测可能导致锚杆疲劳的振动，通过热胀来加大锚杆与土体之间锚固力，在持续高强振动作用下保证了锚固效果。在持续高强振动作用下保证了锚固效果。在持续高强振动作用下保证了锚固效果。

【技术实现步骤摘要】
一种振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构


[0001]本技术属于土木工程领域，特别涉及一种振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构。

技术介绍

[0002]锚杆支护是煤矿冲击地压巷道，岩土深基坑，地表工程及隧道工程中常用的支护方式。锚杆通过杆体与周围岩体之间的锚固力使得岩体在受到荷载作用时仍处于相对稳定的状态。因此，锚固力的大小是锚杆锚固效果的重要影响因素和评价指标。锚杆支护结构在实际工程中除了受到地压等静力荷载外，还常常受到爆破荷载，地震荷载，车辆荷载等动力荷载的作用。动力荷载因其偶然性和不确定性会对支护结构的整体稳定性造成极大影响。
[0003]长时间，连续性的动力荷载易使锚杆产生疲劳，造成锚杆杆体和周围岩体之间产生松弛，传统锚杆因其不具备膨胀特性而无法有效应对松弛现象，当面对高强且持续的动力荷载时易产生锚固力衰减，严重时甚至发生松锚脱锚等问题，使岩体发生滑移。
[0004]锚杆一般为金属材质，金属可近似视作各向同性材料，其在各个方向均拥有优异的延展性。在受热时，钢质锚杆可沿径向发生毫米级甚至微米级膨胀，这类膨胀对锚杆杆体本身的工作性能不会产生太大影响，但可在很大程度上弥补锚杆和周围岩体之间因疲劳而产生的微缝，使锚固力在岩体持续振动的情况下始终维持在较高水平。

技术实现思路

[0005]为了解决持续性，高强度动力荷载下，锚杆与周围岩体间易产生松弛的问题，本文提供了一种振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构及应用方法，旨在通过内部加热使锚杆产生膨胀从而填补振动过程中锚杆与岩体之间的微缝，加大锚固力。锚杆制作方式和操作方式简单，且装有自我保护系统，性能可靠。
[0006]为了实现上述锚杆的应用，本技术的技术方案是：
[0007]本技术是一种振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构，锚杆整体包括太阳能发电系统、振动监测系统、加热系统、膨胀监测系统四部分，其中太阳能发电系统提供动力，振动监测系统感应并分析振动信号，加热系统负责加热锚杆，膨胀监测系统监测并分析锚杆膨胀程度，适时终止加热，保护锚杆。
[0008]进一步地，太阳能发电系统：包括太阳能板和蓄电池。锚杆采用太阳能发电提供动力，外置太阳能板将电能储存在位于锚杆底部的蓄电池内，蓄电池向振动信号处理器，膨胀信号处理器，加热控制器等提供电力。振动监测系统：包括振动传感器和振动信号处理器。振动传感器按照一定间距均匀布置于锚杆外壁上，振动信号处理器与振动传感器信号输出端连接接收振动信号，与蓄电池电能输出端连接获得动力，与加热控制器启动信号输入端连接发出加热启动信号。膨胀监测系统：包括应变片和膨胀信号处理器。应变片按照振动传感器两倍间距均匀布置于锚杆外壁，等高度处沿圆周对称布置两组，每组包括一个横向应变片和一个纵向应变片。膨胀信号处理器与应变片信号输出端连接接收杆体膨胀信号，与
蓄电池电能输出端连接获得动力，与加热控制器启动信号输入端连接发出加热终止信号。加热系统：包括电热丝和加热控制器。电热丝呈螺旋状盘于锚杆中空腔体内壁。加热控制器与蓄电池电能输出端连接获得动力，自身信号输入端与振动监测信号及膨胀信号控制器连接获得信号控制电热丝工作与终止工作。
[0009]上述一种振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构应用方法，包括以下步骤：
[0010]步骤一：由振动传感器感应周围土体振动，并将振动信号实时传送给振动信号处理器，振动信号处理器根据振动频率和振动持续时间判断振动是否对土体与锚杆之间的锚固力产生影响；
[0011]步骤二：当振动达到一定频率和持续时间时向加热控制器发出加热启动信号，此时加热控制器启动加热，电热丝开始工作，通过加热使锚杆膨胀以达到加大锚固力的目的；
[0012]步骤三：应变片监测锚杆纵向及横向应变，将应变信号传递给膨胀信号处理器，膨胀信号处理器根据应变大小判断锚杆体膨胀程度，当膨胀量达到材料膨胀极限80％时向加热控制器下达加热终止信号以保护锚杆体不被胀裂。
[0013]本技术的有益效果：
[0014]通过加热使锚杆沿径向发生毫米级甚至微米级膨胀，这类膨胀对锚杆杆体本身的工作性能不会产生太大影响，但可在很大程度上弥补锚杆和周围岩体之间因疲劳而产生的微缝，使锚固力在岩体持续振动的情况下始终维持在较高水平。本技术有自行动力提供系统，工作系统及自我保护系统，锚杆整个工作过程均可自行完成，无需人为干预，结构简单，施工方便，可靠性高。
附图说明
[0015]图1是本技术提供的振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构的整体平面示意图；
[0016]图2是本技术提供的振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构的锚固端示意图；
[0017]图3是本技术提供的振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构的中部示意图；
[0018]图4是本技术提供的振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构的底座端示意图；
[0019]图5是本技术提供的振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构的工作原理图。
[0020]图中，1
‑
锚杆主体，2
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锚杆可记忆止浆塞，3
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拱形垫板，4
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上承压板，5
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电热丝，6
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护筒，7
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振动信号处理器，8
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膨胀信号处理器，9
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应变片，10
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振动传感器，11
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加热控制器，12
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蓄电池，13
‑
下承压板，14
‑
太阳能板；电性连接端口包括：9
‑1‑
应变片信号输出端，10
‑1‑
振动传感器信号输出端，11
‑1‑
加热控制器启动信号输入端，11
‑2‑
加热控制器终止信号输入端，12
‑1‑
电池电能输入端，12
‑2‑
电池向振动信号处理器电能输出端，12
‑3‑
电池向膨胀信号处理器电能输出端，12
‑4‑
电池向加热控制器电能输出端。
具体实施方式
[0021]为了使本技术所要解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本技术进行详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅
仅用于解释本技术，并不用于限制本技术。
[0022]请一并参阅图1至图5，现对本技术提供的锚杆进行说明。本技术是一种振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构，包括锚杆主体1、太阳能发电系统15、振动监测系统16、膨胀监测系统17、加热系统18；
[0023]本实施例中，如图1所示，太阳能发电系统15提供动力，振动监测系统16感应并分析振动信号，加热系统18负责加热锚杆，膨胀监测系统17监测并分析锚杆膨胀程度，适时终止加热，保护锚杆。
[0024]具体的，请参阅图2至图4：
[0025]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构，其特征在于，包括锚杆主体(1)、太阳能发电系统(15)、振动监测系统(16)、膨胀监测系统(17)、加热系统(18)；所述太阳能发电系统(15)包括太阳能板(14)和蓄电池(12)，所述振动监测系统(16)包括振动传感器(10)和振动信号处理器(7)，所述膨胀监测系统(17)包括膨胀信号处理器(8)和应变片(9)，所述加热系统(18)包括电热丝(5)和加热控制器(11)；所述太阳能发电系统(15)向所述振动监测系统(16)，膨胀监测系统(17)，加热系统(18)提供动力支持；所述振动监测系统(16)收集并处理振动信号，向所述加热系统(18)发送启动加热信号，所述膨胀监测系统监测杆体膨胀程度，向所述加热系统(18)发送终止加热信号；所述加热系统(18)通过接受信号执行加热和终止加热命令。2.如权利要求1所述一种振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构，其特征在于，所述太阳能发电系统(15)包括太阳能板(14)和蓄电池(12)；所述锚杆采用太阳能发电提供动力，所述太阳能板(14)将电能储存在位于锚杆底部的所述蓄电池(12)内，所述蓄电池(12)向振动信号处理器(7)，膨胀信号处理器(8)，加热控制器(11)提供电力。3.如权利要求1所述一种振动感应热膨胀锚固力微调节锚杆结构，其特征在于，所述振动监测系统(16)包括振动传感器(10)和振动信号处理器(7)；所述振动传感器(10)按照一定间距均匀布置于锚...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏丽娟，付国胜，李富源，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：新型
国别省市：