锚杆及锚杆受力测试装置的制作方法

本发明涉及锚固技术领域，具体而言，涉及一种锚杆及锚杆受力测试装置。

背景技术：

锚固技术作为一种优越的岩土体加固技术方法，越来越广泛的应用于各种工程领域，锚杆在地下工程支护领域获得了广泛的应用，对于降低支护成本和减少事故发挥了重要作用。

压电陶瓷传感技术是随着压电陶瓷的发展而出现的崭新的传感技术，其中压电电圈可以施加各种保护形式(如金属保护、大理石保护、混凝土保护等)，压电陶瓷能将微弱的机械振动转化为电信号，具有高度敏感性，且测量精度高，体积小、不吸潮、寿命长，在地下工程领域中具有非常广阔的应用前景。

锚杆垫板与杆体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，因此，为准确把握锚杆轴力特征，如何精确测量垫板与杆体的受力与松紧特征变化情况就显得尤为重要。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。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。这些测量方法存在操作复杂、实施难度大等缺点。且上述受力测试的方法不能快速反映锚固结构受力状况。而目前并没有同时测量锚杆杆体与垫板受力的研究的相关报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种锚杆，其制作简单，成本低。

本发明的另一目的在于提供一种锚杆受力测试装置，其能够同时测量锚杆杆体与垫板的受力情况，操作简便，测量精度高，抗干扰能力强，寿命长。

本发明的实施例是这样实现的：

一种锚杆，包括杆体、垫板以及用于将杆体锁紧于第一表面的锁紧装置。

杆体的侧壁设置有至少一个第一凹槽，每个第一凹槽内均设置有光纤光栅传感器。

垫板包括相对设置的第一表面和第二表面，垫板设置有与杆体配合的通孔，通孔贯穿第一表面和第二表面，第一表面设置有至少一个第二凹槽，每个第二凹槽内均设置有压电陶瓷传感器。

在本发明较佳的实施例中，上述杆体为中空杆体。

在本发明较佳的实施例中，上述每个第二凹槽均与通孔连通。

在本发明较佳的实施例中，上述第二凹槽的数量为偶数个，偶数个第二凹槽沿通孔的轴线对称分布。

在本发明较佳的实施例中，上述每个第一凹槽均沿杆体的侧壁纵向开设。

在本发明较佳的实施例中，上述光纤光栅传感器与压电陶瓷传感器分别通过粘合剂粘接于第一凹槽和第二凹槽。

在本发明较佳的实施例中，上述粘合剂为树脂类粘合剂。

在本发明较佳的实施例中，上述垫板具有朝向第一表面一侧凹陷的凹陷部，通孔设置于凹陷部。

在本发明较佳的实施例中，上述杆体包括与锚定物接触的第一端面和与其相对设置的第二端面，第一凹槽内设置有光纤，光纤的一端与光纤光栅传感器电连接，另一端伸出第二端面。

一种锚杆受力测试装置，包括数据采集系统及上述锚杆，锁紧装置抵靠光纤光栅传感器，光纤光栅传感器与压电陶瓷传感器均与数据采集系统电连接。

本发明实施例的有益效果是：在锚杆的杆体及垫板上分别设置第一凹槽与第二凹槽，在第一凹槽与第二凹槽内分别设置光纤光栅传感器与压电陶瓷传感器，将锚杆的杆体及垫板上的光纤光栅传感器与压电陶瓷传感器分别与数据采集系统电连接，通过光纤光栅传感器与压电陶瓷传感器波形与幅值发的变化，同时测试锚杆杆体及垫板的受力情况，锚杆安装简便，制作成本低，锚杆受力测试装置整体操作简便，测量精度高，抗干扰能力强，寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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为本发明实施例提供的锚杆受力测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的锚杆的剖视图；

图3为本发明实施例提供的另一种垫板的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的杆体的剖视图。

图标：100-锚杆受力测试装置；200-锚杆；300-数据采集系统；310-光纤；320-数据采集线；330-第一测试接口；340-第二测试接口；400-垫板；410-第一表面；420-第二表面；430-凹陷部；440-压电陶瓷传感器；450-第二凹槽；460-通孔；470-粘合剂；500-杆体；510-第二端面；530-侧壁；540-第一端面；550-第一凹槽；560-光纤光栅传感器；600-锁紧装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“水平”、“内”、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，或者是该发明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发明和简化描述，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发明的限制。此外，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。

此外，术语“水平”等术语并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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发明中的具体含义。

实施例

请参照图1，本实施例提供一种锚杆受力测试装置100，其包括锚杆200和数据采集系统300。

请参照图2，锚杆200包括杆体500、垫板400以及锁紧装置600。

请参照图2，垫板400包括相对设置的第一表面410和第二表面420，优选地垫板400具有朝向第一表面410一侧凹陷的凹陷部430。垫板400设置有通孔460，通孔460贯穿第一表面410和第二表面420，并设置于凹陷部430，优选地，通孔460设置于凹陷部430的中心，其大小及形状与杆体500相配合，将杆体500设置于通孔460内，本实施例中，杆体500的外表面与通孔460的内表面设置有螺纹，两者通过螺纹连接固定。

继续参照图2，本实施例中，第一表面410设置有第二凹槽450，并设置于凹陷部430，第二凹槽450内设置有压电陶瓷传感器440，其中压电陶瓷传感器440能够测量、感知动态或准静态应力，其体积小，质量轻，制作成本低，测试灵敏度高，结构简单并且使用寿命长。通过粘合剂470将压电陶瓷传感器440粘合于第二凹槽450，并将粘合剂470填充于第二凹槽450的缝隙，起固定与保护压电陶瓷传感器440的作用，使压电陶瓷传感器440与垫板400粘接于一体，提高其稳定性及使用寿命。本实施例粘合剂470优选树脂类粘合剂进行粘结，但不限于此，还可以选择橡胶类粘合剂或橡胶与树脂的混合粘合剂，还可以选择502胶水、AB胶等。第二凹槽450的形状可以根据压电陶瓷传感器440的不同进行适配，本实施例中围成第二凹槽450的内壁的横截面为长方形，但不仅限于此，也可以为正方形、圆形、三角形、菱形等其他形状，同时对第二凹槽450的大小也不作限制。

需要说明的是，本实施例中第二凹槽450的数量为两个，但不限于此，第二凹槽450的数量还可以为1个或2个以上，优选为偶数个，更优选的是偶数个第二凹槽450沿通孔460轴线对称分布，目的是为了更加精确的测量垫板400受力情况，其中第二凹槽450可不沿通孔460轴线对称分布；本实施例中第二凹槽450与通孔460相通，但不限于此，例如第二凹槽450可以设置于第一表面410但不与通孔460连通。

本实施例提供的垫板400设置有凹陷部430，其第一表面410与第二表面420不平行，但不限于此，本实施例还提供另外一种垫板400，如图3所示，该垫板400为平板结构，即第一表面410与第二表面420平行，优选地，通孔460设置于其中部，贯穿第一表面410与第二表面420，将杆体500设置于通孔460内，其大小和形状与杆体500相配合，更优选地，第二凹槽450设置于第一表面410并与通孔460连通。

继续参照图2，本实施例中锁紧装置600优选为螺母，其套设于杆体500，靠近垫板400的第一表面410，并抵靠压电陶瓷传感器440，用于将垫板400锁紧于杆体500，螺母的内壁设置有螺纹，与杆体500螺纹连接。需要说明的是，锁紧装置600还可以为其他类似于螺母的装置。

请参照图4，杆体500包括与锚定物接触的第一端面540和与其相对设置的第二端面510，即第二端面510为靠近锁紧装置600的一端，第一端面540为进入锚定物并与其接触的一端面，优选地，杆体500优选为中空杆体，采用中空杆体的目的是为了方便注浆，并且在使用时能够增强锚杆200的支护作用，起到很好的稳定效果，还能很好的提高工程质量，其安装也十分方便。本实施例的杆体500采用的是中空杆体，但不限于此，杆体500也可以为实心杆体。

继续参照图4，杆体500的侧壁530设置有第一凹槽550，优选地，第一凹槽550沿杆体500的侧壁530纵向开设，更优选其贯穿第一端面540和第二端面510，在第一凹槽550内设置有光纤光栅传感器560及光纤310，光纤310的一端与光纤光栅传感器560电连接，另一端伸出第二端面510。本实施例中，第一凹槽550的宽度为1-2mm，本领域工作人员可根据实际情况设置第一凹槽550的宽度。其中通过粘合剂470将光纤光栅传感器560粘合于第一凹槽550内，并将粘合剂470填充于第一凹槽550的缝隙，起保护及固定光纤光栅传感器560的作用，使光纤光栅传感器560与垫板400粘接于一体，提高其稳定性及使用寿命。本实施例粘合剂470优选树脂类粘合剂进行粘结，但不限于此，还可以选择橡胶类粘合剂或橡胶与树脂的混合粘合剂，还可以选择502胶水、AB胶等。

需要说明的是，本实施例中，第一凹槽550的数量为1个，但不限于此，第一凹槽550的数量可以为1个以上。

请参照图1，锚杆受力测试装置100还包括数据采集线320、第一测试接口330和第二测试接口340。光纤310一端与光纤光栅传感器560电连接，另一端与第一测试接口330电连接，数据采集线320的一端与第二测试接口340的一端电连接，另一端与压电陶瓷传感器440电连接，其中第一测试接口330与第二测试接口340的另一端分别与数据采集系统300电连接。

需要说明的是，本实施例通过光纤310、数据采集线320、第一测试接口330和第二测试接口340分别将光纤光栅传感器560和压电陶瓷传感器440与数据采集系统300电连接，不限于此，也可采用其他连接方式，比如无线连接。

锚杆受力测试装置100的工作原理是初始状态时，由于螺母对压电陶瓷传感器440的挤压作用，压电陶瓷传感器440具有一个初始波形。当垫板400受到外力作用时，螺母与垫板400间的松紧程度将发生改变，对压电陶瓷传感器440的挤压程度将产生加剧或松弛现象，压电陶瓷传感器440输出的波形与幅值也会相应发生变化。通过数据采集系统300分析得到波形与幅值变化特征，可以了解螺母与垫板400之间松紧程度的变化，再根据实验室标定结果，进而分析出垫板400的受力情况。同理，当杆体500受到外力作用时，杆体500上的光纤光栅传感器560输出波形与幅值也会发生变化，根据实验室标定结果，通过信号分析的方法，如小波包分析、小波分析、快速傅里叶变换、时间反演等手段可以对信号做定量分析，可分析出杆体500受力情况，这样就可以同时分析垫板400与杆体500的受力情况。

综上所述，本发明在锚杆200的杆体500及垫板400上分别设置第一凹槽550与第二凹槽450，在第一凹槽550与第二凹槽450内分别设置光纤光栅传感器560与压电陶瓷传感器440，将杆体500及垫板400上的光纤光栅传感器560与压电陶瓷传感器440分别与数据采集系统300电连接，通过光纤光栅传感器560与压电陶瓷传感器440波形与幅值发的变化，同时测试锚杆200的杆体500及垫板400的受力情况，锚杆200安装简便，制作成本低，锚杆受力测试装置100整体操作简便，测量精度高，抗干扰能力强。

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