一种锚索压力测量装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种锚索压力测量装置及其测试方法，测量装置包括锚具支撑架、自感知平行对称传力梁组件以及限位组件。自感知平行对称传力梁组件由2

【技术实现步骤摘要】
一种锚索压力测量装置及其测试方法


[0001]本专利技术涉及一种测量锚索索力的索力传感器，具体的为一种在单孔以及多空锚具锚索体系中应用的光纤光栅索力传感器。

技术介绍

[0002]锚索体系广泛的应用于桥梁、大跨空间结构、边坡等，以及各类预应力结构中。为能保证工程质量及安全，能有效测出锚索的索力尤为必要，测出索力的首要问题是提供一种对索力变化敏感的、实用的传感器。其次，由于锚具受的锚索压力作用并不局限于单一方向，在锚具的各个锚孔内的各锚索的索力不均匀的情况下，索力传感器的传力结构和传感元件需要具备能够对各锚索协同变形的能力，在准确测量各锚索的基础上进而输出整体锚索压力。此外，对于大吨位锚索体系锚索力量程大、索体轴向变形大，需要索力传感器具备稳定、高刚度的传力结构来满足长期、持续的大量程压力监测。特别是对于桥梁的锚索体系多采用多股拉索的群锚锚具，尤其重视不均匀索力以及实时索力监测的需求，对于索力传感器的有效性、通用性、稳定性、动态监测性能的要求很高。
[0003]为此，国内外已研制出多种索力测量装置。公开号为CN CN2362115Y的技术公开了一种锚杆受力随机检测仪。该仪器采用预先在锚杆螺母和托盘之间安装了弹簧和方垫圈，通过锚杆受力时机构中弹簧作用下触发方垫圈开始转动使触发信号。弹簧是该仪器索力的主要传力结构，而方垫圈是该仪器触发的传感装置。因为方垫圈是预先固化于锚杆螺母和托盘中间，长期使用中不利于修正。此外，公开号为CN 201043922Y的技术说明书中公开了一种光纤光栅锚杆测量计探头，该仪器采用内外两层套筒的结构，内套筒上粘贴了一个光纤光栅。当锚杆受到的围岩压力传递到内套筒，通过光纤光栅测量锚索压力大小。因为该锚索传感器的传感方式是采用直接测量拉伸变形的方法。对于大吨位锚索体系中，容易发生传感器断裂的问题，难以满足大量程锚索压力或索力稳定测量的要求。特别是对于大量锚索联合使用的群锚锚索体系，各个光纤光栅索力传感器采用串联布设的方式，一旦某个传感器断裂会造成整个监测失效。另外，公开号CN 1632488A公开了一种光纤光栅测力计锚索应力传感器。该传感器采用环形弹性体作为传力结构，将光纤光栅直接焊接在环形弹性体，从而测量锚索传递的压力。因为实际应用中，难以保证安装的锚索与环形弹性体轴向对称，容易产生不均匀索力和通用性差的问题，从而会导致测量误差和降低适用范围。加之环形弹性体承受的压力变形直接传递给光纤光栅传感单元，在长期使用中光纤光栅传感单元自身会发生蠕变漂移，从而导致不可修正的累计测量误差。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对上述锚索体系的需求和问题，本专利技术旨在开发一种同时满足不均匀、大吨位索力的长期测量装置及测试方法，测量装置结构满足长期高应力状态承载要求，适用于各种单孔和多孔锚具的锚索体系测量的监测目的。
[0005]技术方案：
[0006]本专利技术首先提供一种锚索压力测量装置，包括：
[0007]锚具支撑架，所述锚具支撑架为中空结构，在所述锚具支撑架的外侧设置接头；
[0008]自感知平行对称传力梁组件，所述自感知平行对称传力梁组件由2
‑
N组平行布置自感知传力梁组成，所述自感知传力梁的数目和间距由锚具孔数和规格尺寸决定，其端部固结连接锚具支撑钢架；所述自感知传力梁受到待测锚索系统传递的压力而发生变形，其具有承载功能、测量面上扭转受力全分布感知功能、以及各个梁的轴向弯曲受力感知功能；所述自感知传力梁包括承载梁元件、自感知元件、应变感知元件和温补元件；所述承载梁元件依据锚索压力大小具有反拱结构，当其不受压力作用时处于朝压力相反方向上拱状态，当其受正常工作压力作用时处于水平状态，当其受超出正常压力作用时处于下弯状态；所述自感知元件设置在所述承载梁元件底部；所述应变感知元件布置于承载梁元件下表面，由1
‑
M组应变感知单元组成；所述温补元件为所述应变感知元件提供温度补偿；所述应变感知元件和所述温补元件串联熔接，由所述接头实现数据传输；
[0009]限位组件，所述限位组件包含与所述应变感知元件位置对应的1
‑
M组垫块元件和限位块元件；所述垫块元件位于所述自感知传力梁上方，支撑待测锚索系统并将待测锚索系统的压力传递至自感知传力梁，垫块元件的数目和位置依据测量对象锚索体系的锚具孔数和索力大小决定；所述限位块元件的数目和位置依据自感知传力梁决定；所述垫块元件与应变感知单元在自感知传力梁上下对称，具有满足将垫块元件下方局部均布荷载、各个垫块元件之间荷载分布、以及自感知传力梁端部反弯受力传递至应变感知单元的功能。
[0010]本专利技术还提供一种锚索压力测试方法，包括以下步骤：
[0011]步骤一：测量并记录所述自感知元件和应变感知元件的初值、各段区间覆盖的标距长度、以及温补元件的温度初值；
[0012]步骤二：将待测锚索系统放置于锚具支撑钢架的垫块上方；当待测锚索系统植入索力后，测量上步骤所述自感知元件的测量面上扭转分布应变感知元件的弯曲应变分布温补元件的温度应变分布整合后获得自感知传力梁的真实应变分布：
[0013][0014]其中，ε
m
表示自感知传力梁上第m应变单元的真实应变,i表示自感知平行对称传力梁组件中第i自感知传力梁，m表示第i自感知传力梁上第m应变单元，表示自感知传力梁的材料性质和截面尺寸定义在弯扭组合下应变关系；
[0015]步骤三：利用自感知传力梁的截面弯矩与刚度、曲率的关系，获得第i自感知传力梁上任意点处的弯矩分布：
[0016][0017]其中，M
im
表示第i自感知传力梁上第m应变单元位置对应的弯矩均值；(EI)
im
表示第i自感知传力梁上第m应变单元位置对应的抗弯刚度均值；y
im
表示第i自感知传力梁上第m应变单元到中和轴的平均距离；
[0018]如自感知传力梁上第1及最后应变元件位于反弯范围内第m应变单元的应变ε
m
为负值，如自感知传力梁上第1及最后应变元件不在反弯范围内，反弯范围由梁上应变分布确定；
[0019]步骤四：根据沿梁方向的斜率变化，判断集中荷载的数目，然后再根据弯矩求解第i自感知传力梁的荷载F
i
：
[0020]F
i
＝f(M
im
,x
im
)
[0021]其中，x
im
表示第i自感知传力梁上第m应变单元对应的位置；F
i
表示第i自感知传力梁上的荷载；
[0022]步骤五：根据上步骤获得的各自感知传力梁对应的荷载，整合获得整体的索力F：
[0023][0024]其中，a
i
表示第i自感知传力梁的传力系数。
[0025]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0026]1)本专利技术装置的传力结构具有结构设计的反拱结构，能够承受长期高应力状态，满足大吨位锚索体系长期使用要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锚索压力测量装置，其特征在于，包括：锚具支撑架(1)，所述锚具支撑架(1)为中空结构，在所述锚具支撑架(1)的外侧设置接头(13)；自感知平行对称传力梁组件(2)，所述自感知平行对称传力梁组件(2)由2
‑
N组平行布置自感知传力梁(21)组成，所述自感知传力梁(21)的数目和间距由锚具孔数和规格尺寸决定，自感知传力梁(21)的端部固结连接锚具支撑钢架(1)；所述自感知传力梁(21)受到待测锚索系统传递的压力而发生变形，其具有承载功能、测量面上扭转受力全分布感知功能、以及各个梁的轴向弯曲受力感知功能；所述自感知传力梁(21)包括承载梁元件(211)、自感知元件(212)、应变感知元件(213)和温补元件(214)；所述承载梁元件(211)依据锚索压力大小具有反拱结构，当其不受压力作用时处于朝压力相反方向上拱状态，当其受正常工作压力作用时处于水平状态，当其受超出正常压力作用时处于下弯状态；所述自感知元件(212)设置在所述承载梁元件底部；所述应变感知元件(213)布置于承载梁元件下表面，由1
‑
M组应变感知单元组成；所述温补元件(214)为所述应变感知元件(213)提供温度补偿；所述应变感知元件(213)和所述温补元件(214)串联熔接，由所述接头(13)实现数据传输；限位组件(3)，所述限位组件(3)包含与所述应变感知元件位置对应的1
‑
M组垫块元件(31)和限位块元件(32)；所述垫块元件(31)位于所述自感知传力梁(21)上方，支撑待测锚索系统并将待测锚索系统的压力传递至自感知传力梁(21)，垫块元件(31)的数目和位置依据测量对象锚索体系的锚具孔数和索力大小决定；所述限位块元件(32)的数目和位置依据自感知传力梁(21)决定；所述垫块元件(31)与应变感知单元在自感知传力梁(21)上下对称，具有满足将垫块元件(31)下方局部均布荷载、各个垫块元件(31)之间荷载分布、以及自感知传力梁(21)端部反弯受力传递至应变感知单元的功能。2.根据权利要求1所述的锚索压力测量装置，其特征在于，所述承载梁元件(211)的反拱结构，初始状态的上拱范围是：δ＝
‑
α～0其中，α为与承载梁元件同材质同规格梁构件在正常工作压力作用位移值，方向向下为正；所述承载梁元件(211)的反拱结构，受正常工作压力作用时变形状况是：δ＝0～β其中，β为与承载梁元件同材质同规格梁构件在根据锚索压力大小和安全系数决定的许用应力状态下的位移值，方向向下为正。3.根据权利要求1所述的锚索压力测量装置，其特征在于，在所述锚具支撑架(1)上具有侧壁限位槽(11)和内部预制槽(12)，所述限位块元件(32)设置在所述侧壁限位槽(11)内；所述温补元件(214)设置在所述内部预制槽(12)内。4.根据权利要求2所述的锚索压力测量装置，其特征在于，所述温补元件(214)与所述应变感知元件(213)密封于装置内同样的高度和温度环境，从而为所述应变感知元件(213)提供温度补偿。5.根据权利要求2所述的锚索压力测量装置，其特征在于，所述承载梁元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴智深，黄璜，
申请(专利权)人：吴智深，
类型：发明
国别省市：