一种可实现锚杆受力状态可视化的装置的制作方法

本发明涉及大型边坡和基坑动态专项中锚杆工作状态监测的技术范畴，具体涉及一种可实现锚杆受力状态可视化的设计方法。

背景技术：

监测目的是了解锚杆实际受力状态，判断设计预应力、初锚力以及拉拔力的合理性，具体反映锚杆工作载荷监测。锚杆与锚索作为加固边坡和基坑的重要用具，其受力状态对于衡量其工作稳定状况具有重要意义。锚杆测力计是测定锚杆受力变化的仪器，它对工程中常见的各类锚杆均可使用。通过对锚杆工况的监测，以便对锚杆支护质量进行监控，因而也对边坡、隧道、基坑(应力显现)进行监控，是研究边坡基坑之稳定性不可缺少的监测仪器。

目前，应用较为普遍的锚杆测力计由手压泵、千斤顶、传感器以及数显仪表共同组成，该方法虽然可以准确的测量锚杆所受拉力，但其有三个明显不足：一时安装工序复杂，该锚杆测力计的安装需要专人负责并按照严格的程序进行操作，耗时较多的人力与时间；二是造价高昂，每一个锚杆测力计是一根普通锚杆的十倍左右，而配套的安装仪器更是锚杆的数十倍，如此高昂的价格决定其工程应用中不可能全部锚杆都配套安装，这就限制了对工程应用中所有锚杆的有效监测。三是一般锚杆测力计采用需要专门的技术人员定时去观测并记录数据，工人在施工现场施工无法直观方便地了解锚杆的受力状态，对他们的人身安全具有一定的威胁。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可实现锚杆受力状态可视化的装置，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种可实现锚杆受力状态可视化的装置，包括套设在锚杆两端的端部固定套筒，以及仪表盘、弹簧、仪表盘支架和高刚度缆索ⅰ。

所述仪表盘包括金属片、指针和齿轮。所述金属片的表面具有五分区，依次标记为a、b、c、d和e。所述金属片与仪表盘支架连接在一起。旋转轴依次穿过仪表盘支架、齿轮和指针。所述齿轮上啮合有一段链条。

所述链条的两端分别挂连有高刚度缆索ⅰ和高刚度缆索ⅱ。所述高刚度缆索ⅰ上设置有吊环螺栓。

所述弹簧的一端挂连在高刚度缆索ⅱ上，另一端固定在仪表盘支架上。

所述固定套筒上设置有固定突头。

工作时，锚杆伸入到钻孔中，锚杆外露端依次设置垫板和螺母，拧紧螺母并施加到设定的预应力。所述仪表盘通过仪表盘支架与垫板连接。所述高刚度缆索ⅰ依次穿过仪表盘支架和垫板上预设的孔洞后，沿锚杆的自由段布设。所述高刚度缆索ⅰ的吊环螺栓套设在固定突头上后，与固定突头焊接。

当锚杆的受力状态发生改变时，锚杆的长度伸长或缩短。锚杆上的固定套筒带动高刚度缆索ⅰ同步位移，变形量经由弹簧、链条和齿轮传递给指针。指针转动到代表锚杆受力状态的金属片的对应分区。

进一步，所述金属片为半圆形。

进一步，所述金属片的c分区涂制为绿色，a和e分区涂制为红色，b和d分区涂制为黄色。

进一步，所述仪表盘支架包括连接部ⅰ、支撑部和连接部ⅱ。所述连接部ⅰ和连接部ⅱ分别连接在支撑部的两侧。所述金属片与连接部ⅰ连接在一起。旋转轴依次穿过连接部ⅰ、齿轮和指针。所述弹簧的一端挂连在高刚度缆索ⅱ上，另一端固定在支撑部上。工作时，所述连接部ⅱ与垫板连接在一起。

本发明还公开一种关于权利要求1所述锚杆受力状态可视化装置的安装方法，包括以下步骤：

1)在锚杆两端套设端部固定套筒。

2)将高刚度缆索ⅰ的吊环螺栓焊接在固定突头上，并沿锚杆分段固定高刚度缆索ⅰ。

3)采用凿岩机、钻杆和钻头在围岩内部开钻钻孔。

4)清洗步骤3)中所述钻孔。将锚固剂药放入钻孔底端，并将锚杆伸入钻孔中。

5)在锚杆外露端设置垫板和螺母。

6)安装仪表盘、仪表盘支架和弹簧。并挂连链条与高刚度缆索ⅰ。

7)拧紧螺母并施加到设定的预应力。其中，施加的预紧力使指针指示金属片的中间位置。当锚杆的受力状态发生改变时，指针转动显示预应力的变化。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

a.在施工现场可直观了解锚杆的受力状态；

b.该装置安装工序简单，不占用过多人力和时间，结构设计简单，价格低廉，可以对工程应用中的所有锚杆进行有效监测。

附图说明

图1为装置结构示意图；

图2为金属片示意图；

图3为装置轴测图；

图4为装置工作示意图；

图5仪表盘结构示意图；

图6为仪表盘支架的轴侧图。

图中：仪表盘1、金属片101、齿轮102、指针103、链条3、弹簧4、仪表盘支架5、连接部ⅰ501、支撑部502和连接部ⅱ503、螺母6、垫板7、高刚度缆索ⅰ8、锚杆9、高刚度缆索ⅱ10、锚固剂药11、端部固定套筒12、固定突头1201、换向轮1022。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开一种可实现锚杆受力状态可视化的装置，包括套设在锚杆9两端的两个端部固定套筒12，以及仪表盘1、弹簧4、仪表盘支架5和高刚度缆索ⅰ8。

参见图6，所述仪表盘支架5包括连接部ⅰ501、支撑部502和连接部ⅱ503。所述连接部ⅰ501和支撑部502为板状结构。所述连接部ⅰ501和连接部ⅱ503分别连接在支撑部502的两侧板面上。

参见图2和图5，所述仪表盘1包括半圆形金属片101、指针103和齿轮102。所述金属片101的表面具有五分区，依次标记为a、b、c、d和e。其中，c分区对应锚杆9设计预应力区，b和d分区对应锚杆9受拉屈服状态区和拉力松弛预警状态区，a和e分区对应锚杆受拉极限状态区和拉力失效状态区。所述金属片101的c分区涂制为绿色，a和e分区涂制为红色，b和d分区涂制为黄色。所述金属片101贴合并固定在连接部ⅰ501的一侧板面上。旋转轴依次穿过连接部ⅰ501、齿轮102和指针103。所述金属片101的圆心与旋转轴轴心重合，且金属片101在旋转轴处去除了一部分。所述齿轮102上啮合有一段链条3。

参见图3，所述链条3的两端分别挂连有高刚度缆索ⅰ8和高刚度缆索ⅱ10。所述高刚度缆索ⅰ8的端部设置有吊环螺栓。

参见图6，所述弹簧4的一端挂连在高刚度缆索ⅱ10上，另一端固定在支撑部502上。工作时，所述连接部ⅱ503与垫板7连接在一起。

参见图1和图4，所述锚杆9自由段一端的固定套筒12上设置有换向轮1202，锚固段一端的固定套筒12上设置有固定突头1201。

工作时，锚杆9伸入到钻孔中，锚杆9外露端依次设置垫板7和螺母6，拧紧螺母6并施加到设定的预应力。所述仪表盘1通过仪表盘支架5与垫板7连接，所述连接部ⅱ503与垫板7连接在一起。所述高刚度缆索ⅰ8依次穿过支撑部502和垫板7上预设的孔洞，挂接在换向轮1202上，沿锚杆9的自由段布设。所述高刚度缆索ⅰ8端部的吊环螺栓套设在固定突头1201上后，与固定突头1201焊接。

所述锚杆9的自由段处于不稳定土层中，不与钻孔土壁接触(一旦土层有滑动时，它可以伸缩)，把锚固力传到螺母6处。锚杆9的锚固段处于稳定围岩中，与周围岩层结合牢固，通过与岩层的紧密接触将锚杆所受荷载分布到周围土层中去。所述锚杆9的受力强度分为锚杆设计预应力、屈服强度和极限强度三个级别。弹簧4的伸缩量与锚杆9的受力强度经过校核。

当锚杆9的受力状态发生改变时，锚杆9的长度伸长或缩短。锚杆9上的固定套筒12带动高刚度缆索ⅰ8同步位移。高刚度缆索ⅰ8的变形可忽略不计。高刚度缆索ⅰ8将锚杆9的变形量传递给弹簧4，全部转化为弹簧4的变形。弹簧4伸长或缩短，链条3带动齿轮102转动，齿轮102带动指针103。指针103发生偏转指向金属片101不同的色彩区域。

当由于锚固段岩体发生流变导致墙后土体往后倾时，此时锚杆9处于相对受压状态，指针103将左转时，这是比较危险的信号，指针将直接进入黄色区域的相对受压预警状态。当指针103指向红色区域，说明锚杆9已失效，无法起到锚固的作用，此时工人很容易就能看到这种情况及时通知相关负责人，停止该区域的施工作业并疏散人员，然后对锚杆进行抢修。因为锚杆是受拉杆件，受拉力有一定的储备，所以有绿色区域的预应力区，指针右转到这一区域时，锚杆是处于正常工作状态的，指针继续往右转进入黄色或红色区域时，处理办法和指针左转情况相似。

本实施例可视化效果清晰明了、结构设计简单并且价格低廉，可以广泛用于边坡和基坑动态专项监测中。

实施例2：

本实施例公开一种关于实施例1所述锚杆受力状态可视化装置的安装方法，包括以下步骤：

1)在锚杆9两端套设端部固定套筒12。

2)将高刚度缆索ⅰ8的吊环螺栓焊接在固定突头1201上，并沿锚杆9分段固定高刚度缆索ⅰ8。

3)采用与锚杆9相匹配的凿岩机、钻杆和钻头在围岩内部开钻钻孔。

4)清洗步骤3)中所述钻孔。将锚固剂药11放入钻孔底端，并将锚杆9伸入钻孔中。

5)在锚杆9外露端设置垫板7和螺母6。

6)安装仪表盘1、仪表盘支架5和弹簧4。并挂连链条3与高刚度缆索ⅰ8。

7)拧紧螺母6并施加到设定的预应力。其中，施加的预紧力使指针103指示金属片101的中间位置。当锚杆9的受力状态发生改变时，指针103转动显示预应力的变化。