锚杆垫板受力测试装置的制作方法

本实用新型涉及锚固技术领域，具体而言，涉及一种锚杆垫板受力测试装置。

背景技术：

锚杆支护是通过围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，在洞室周围形成一个整体而又稳定的岩石带，利用锚杆与围岩共同作用，达到维护洞室稳定的目的。锚杆支护属于一种积极防御的支护方法，其具有支护效果优良、用料省、施工简单、有利于机械化操作、施工速度快等优点，近年来广泛应用于地下工程支护领域，对于降低成本和减少事故发挥了重要作用。

由于锚杆埋置于围岩内部，属于隐蔽结构，其受力特性以及支护评价较为困难。为了评估锚杆的支护作用和力学状态，通常采用电阻应变式、振弦式及光纤光栅式等测量方法，直接对锚杆的杆体进行轴力的测量。

本申请的实用新型人发现，现有技术中对地下工程中锚固结构受力的监测通常将锚杆轴力作为重要的评价指标，进而对全长范围内锚杆杆体的轴力进行测量，该测量方法存在操作复杂、易于破坏等缺点，且上述测试方法不能快速反映锚固结构受力状况。锚杆垫板作为锚杆体系中重要的组成部分，其受力状态将直接关系到锚杆的支护性能，而目前并没有通过对锚杆垫板的监控来分析锚杆受力的研究的相关报道。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种锚杆垫板受力测试装置，采用其进行受力测试的方法便捷、准确，且能够通过测量锚杆垫板受力情况进一步分析锚固结构的受力状况。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种锚杆垫板受力测试装置，包括锚杆垫板、锁紧装置、杆体以及数据采集系统，锚杆垫板包括用于抵靠锚固表面的第一表面及与第一表面相对设置的第二表面，锚杆垫板开设有贯穿第一表面与第二表面且与杆体配合的通孔，第二表面开设有至少一个卡槽，每个卡槽内均设置有压电传感组件，锁紧装置套设于杆体并用于将锚杆垫板与锁紧装置锁紧，锁紧装置抵住压电传感组件，数据采集系统与压电传感组件电连接。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型提供的锚杆垫板受力测试装置，该锚杆垫板的第一表面用于抵靠锚固表面，第二表面与第一表面相对设置并开设有用于测试锚杆垫板受力情况的卡槽，并通过卡槽内设置的压电传感组件对锚杆垫板进行受力测试，该受力测试方法简单，操作便捷。该锚杆垫板受力测试装置在使用状态下，杆体通过贯穿第一表面与第二表面的通孔与锚杆垫板配合，锁紧装置套设于杆体并用于将锚杆垫板与锁紧装置锁紧。该锚杆垫板受力测试装置处于使用的锁紧状态时，压电传感组件位于锚杆垫板的第一表面与锁紧装置之间，且锁紧装置抵靠压电传感组件。该状态下锁紧装置对压电传感组件产生一定的压应力，压电传感组件的受力情况通过与其电连接的数据采集系统进行监测和数据收集。该锚杆垫板受力测试装置通过压电传感组件及数据采集系统对锚杆垫板进行受力测试，其测试操作简便、结果准确，且通过对锚杆垫板的受力测试能够更全面、快速地了解锚固组件的受力状况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的锚杆垫板受力测试装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的锚杆垫板的剖视图；

图3为本实用新型实施例1提供的压电传感器的剖视图；

图4为本实用新型实施例2提供的锚杆垫板受力测试装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例2提供的锚杆垫板的剖视图。

图标：100-锚杆垫板受力测试装置；110-锚杆垫板；112-第一表面；114-第二表面；116-通孔；118-卡槽；120-第一卡槽；122-第二卡槽；124-压电传感组件；126-压电传感器；128-压电垫圈；130-壳体；132-填充层；140-杆体；142-灌注空腔；150-锁紧装置；160-数据采集系统；162-数据采集线；200-锚杆垫板受力测试装置；210-锚杆垫板；212-凹陷部；214-延伸板。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，“垂直”、“平行”等术语并不表示要求部件之间绝对垂直，而是可以稍微倾斜。如“垂直”仅仅是指其方向相对而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

请参阅图1，本实施例提供一种锚杆垫板受力测试装置100，包括锚杆垫板110、杆体140、锁紧装置150以及数据采集系统160，数据采集系统160与锚杆垫板110电连接，杆体140贯穿锚杆垫板110，锁紧装置150套设于杆体140并用于将锚杆垫板110与杆体140锁紧。

具体地，请参阅图2，锚杆垫板110用于加固锚固结构对围岩的支护作用，其包括第一表面112、与第一表面112相对设置的第二表面114、贯穿第一表面112与第二表面114的通孔116、开设于第二表面114的卡槽118以及设置于卡槽118内的压电传感组件124。

在锚固结构用于支护作业时，第一表面112用于抵靠锚固表面。在本实施例中，锚杆垫板110为大致的平板结构，其第一表面112与第二表面114均为大致的平面且相互平行。锚杆垫板110呈平板结构时，其第一表面112能较好地贴合锚固表面，锚杆垫板110受力均匀且对围岩有较好的加固作用。

在本实施例中，通孔116贯穿开设于上述大致呈平板结构的锚杆垫板110的中部，其呈大致的圆柱形，该通孔116的轴线垂直于第一面板与第二面板。第一面板的杆体140通过上述通孔116贯穿并设置于锚杆垫板110内。

通孔116开设于锚杆垫板110的中部，使锚杆垫板110的受力均匀，其能够有效提高锚杆垫板110的支护性能及使用寿命。需要说明的是，通孔116位置不限于设置于锚杆垫板110的中部，其还可以偏心设置，也可设置在锚杆垫板110的其他任意位置。通孔116的形状也不限于圆柱形，其可以为椭圆柱、长方体、五棱柱、六棱柱等任意形状。

在本实施例中，卡槽118包括第一卡槽120与第二卡槽122，第一卡槽120与第二卡槽122沿上述通孔116的轴线对称设置，第一卡槽120与第二卡槽122均与通孔116连通。

第一卡槽120与第二卡槽122内均设置有压电传感组件124，用于测试锚杆垫板110的受力情况。卡槽118的设置，用于安装并保护压电传感组件124。第一卡槽120与第二卡槽122的对称设置使压电传感组件124测得的锚杆垫板110的受力情况更准确。

此外，卡槽118与通孔116连通，其目的是便于压电传感组件124与锁紧装置150能够充分接触，保证该压电传感组件124受力测试的准确性。

需要说明的是，卡槽118的个数可以为一个或多个，卡槽118与通孔116可以连通或不连通，卡槽118的形状也可以为能够实现安装压电传感组件124的任意形式。当卡槽118的个数为一个时，该卡槽118优选的设置方式为圆环状设置。当卡槽118个数为多个时，优选地，卡槽118的个数为偶数个，多个卡槽118沿通孔116的轴线均匀分布于第二表面114，每个卡槽118的形状为圆柱形或长方体形。

压电传感组件124包括压电传感器126和填充层132，压电传感器126设置于卡槽118内，并通过粘结剂粘结于卡槽118的远离第二表面114的壁面，填充层132填充于卡槽118与压电传感器126的间隙。

请参阅图3，压电传感器126包括压电垫圈128及壳体130，壳体130包裹于压电垫圈128外壁用于保护压电垫圈128。优选地，该壳体130可以为金属材料的壳体130、混凝土材料的壳体130、陶瓷材料的壳体130等。

压电传感器126结构简单、体积小、质量小、功耗小、寿命长、特别具有良好的动态特性，适用于频带较宽的周期作用力和高速变化的冲击力，能够准确测定锚杆垫板110的受力情况。

在本实施例中，该压电传感器126为压电陶瓷传感器，其具有耐湿、耐高温、耐腐蚀等优良性能，在锚固组件的支护环境下能够进行长期准确的测定。需要说明的是，压电传感器126也可以选用有机材料压电传感器126、单晶材料压电传感器126等。

填充层132填充于卡槽118内压电传感器126的远离第一表面112的一侧，其设置的作用是进一步固定压电传感器126，并对压电传感器126起进一步的保护作用。该填充层132的材料可以选用树脂类等材料。

杆体140对围岩的支护起主要作用，该杆体140呈大致的圆柱形，其大小与通孔116配合，安装使用状态下，杆体140的一端穿过通孔116套设于锚杆垫板110内。

在本实施例中，杆体140的内部开设有贯穿杆体140的灌注空腔142。在锚固组件的安装操作中，该灌注空腔142能够使注浆充分填满杆体140与围岩之间的间隙，增强锚固组件的支护性能。杆体140的外侧壁设置于外螺纹，其能够增加杆体140与围岩的摩擦力，进一步增强杆体140的支护性能。

需要说明的是，杆体140也可以为实心结构，杆体140的外壁也可以设置为平滑的表面。

锁紧装置150与杆体140配合，该锁紧装置150套设于杆体140并用于锁紧锚杆垫板110与杆体140。锁紧状态下，该锁紧装置150位于第二表面114的远离第一表面112的一侧，且抵靠上述压电传感组件124的填充层132。

在本实施例中，锁紧装置150为螺母，螺母螺纹套设于杆体140。该锁紧装置150通过螺纹对杆体140及锚杆垫板110进行锁紧，其锁定效果稳固，精确性高。

数据采集系统160与数据采集线162一端电连接，数据采集线162的另一端穿过填充层132与压电传感器126电连接，该数据采集系统160通过数据采集线162与压电传感组件124电连接，用于测试锚杆垫板110的受力情况。

本实施例提供的锚杆垫板受力测试装置100的工作原理为，将杆体140穿过通孔116设置于通孔116内，将锁紧装置150套设于杆体140并将锚杆垫板110与锁紧装置150锁紧固定。该状态下，锁紧装置150抵靠压电传感组件124并对压电传感组件124产生一定的压应力。当锚杆垫板110受到外力作用时，锁紧装置150对压电传感组件124的挤压程度就会加剧或者发生松弛现象，压电传感组件124输出至数据采集系统160的波形也会相应发生变化。根据标定的波形与幅值变化特征与锚杆垫板110受力关系曲线，通过信号分析方法如小波包分析、小波分析、快速傅里叶变换、时间反演等对信号做反演定量分析，即可得到锚杆垫板110受力情况。

实施例2

请参阅图4，本实施例提供一种锚杆垫板受力测试装置200，其与实施例1的锚杆垫板受力测试装置100大致相同，二者的区别在于，锚杆垫板210的结构不同。

请参阅图5，锚杆垫板210包括凹陷部212及延伸板214，凹陷部212设置于锚杆垫板210中部，其朝向第二表面114的远离第一表面112的一侧凹陷。在本实施例中第一表面112与第二表面114平行，该凹陷部212呈类半球盖型，使锚杆垫板210呈大致的“碗形”。通孔116贯穿设置于上述凹陷部212。

延伸板214与凹陷部212连接并环绕上述凹陷部212，上述延伸板214为大致的平板结构，第一表面112通过延伸板214与围岩抵靠。

上述“碗形”结构的锚杆垫板210其加固效果明显，锚固效果好，且在应力作用下位移量较小，将压电传感组件124设置于该凹陷部212，能够使压电传感器126对锚杆垫板210受力情况的测量更准确。

综上，本实用新型将压电传感组件设置于锚杆垫板进行锚杆垫板的受力情况的测试，通过数据采集系统进行数据采集用于受力分析，该受力测试方法简单，操作便捷，且测试结果快速、准确。通过对锚杆垫板的受力测试能够更全面地了解锚固组件的受力状况。可广泛应用于交通、水利、矿山等工程领域。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。