GFRP筋锚杆的绝对应变测试装置及其安装结构的制作方法

本实用新型涉及一种GFRP筋锚杆的绝对应变测试装置及其安装结构，属于隧道支护体系中GFRP筋锚杆绝对应变值的测试领域。

背景技术：

高等级公路的隧道结构使用寿命一般规定在100年以上，要求锚杆具有良好的耐久性能，但是目前常用的钢锚杆的抗腐蚀和耐久性能差，即使做了防腐处理依然难以满足隧道寿命要求。

GFRP(Glass fiber reinforced polymer)筋锚杆因其强度高、耐腐蚀性能好等优点，可替代钢锚杆用于隧道支护体。国内外对GFRP筋锚杆的力学性能也有研究，但多以室内实验和现场拉拔试验为主，如刘汉东等在实验室内进行了GFRP筋锚杆应力-应变参数测试；李国维等利用锚杆应力计和分布式光纤技术测试了拉拔状态下边坡中GFRP筋锚杆的受力情况；刘颖浩采用应变片测试了拉拔试验时GFRP筋锚杆在不同锚固参数时的力学性能。

以上针对GFRP筋锚杆的应变测试均为短期连续测试，可采用静态应变仪进行，虽然分布式光纤技术被用来测试GFRP筋锚杆的绝对应变值，但因其技术问题且成本太高导致无法普及。

同时，隧道支护体系中锚杆长度有限(最长不超过5m)，常规测试元件因与GFRP筋锚杆联接问题无法使用，且隧道内环境恶劣，无法实现静态应变仪的全天甚至一两个星期的数据采集，因此目前无法找到有效可靠的隧道内GFRP筋锚杆绝对应变值的测试装置和方法，更无法长期反映其实际受力情况和工作状态，所以，为促进GFRP筋锚杆在隧道支护体系中应用，解决其绝对应变测试装置和计算方法尤为重要。

技术实现要素：

为了解决目前无法测得GFRP筋锚杆绝对应变值的情况的不足，本实用新型旨在提供一种GFRP筋锚杆的绝对应变测试装置及其安装结构，该测试装置基于电阻测试原理，建立电阻值和应变值之间关系，可以确定应变值的情况。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种GFRP筋锚杆的绝对应变测试装置，其结构特点是，包括GFRP筋锚杆，对应布设在GFRP筋锚杆杆体不同部位的至少一个电阻应变片，以及封闭部；每个电阻应变片通过相应的测试线与连接端子电连接；所述封闭部用于将所述电阻应变片、测试线与连接端子包覆在GFRP筋锚杆杆体上。

由此，本实用新型通过布设电阻应变片，每个电阻应变片对应一个测点，采用电阻测试仪测试电阻值，之后再根据电阻与应变换算关系得出测点应变值，考虑温度修正计算得出绝对应变值，从而低成本、可靠并有效解决GFRP筋锚杆在隧道应用时的绝对应变测试问题。

根据本实用新型的实施例，还可以对本实用新型作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

优选地，所述GFRP筋锚杆杆体不同部位向杆体轴心方向凹进形成电阻应变片的安装区域。

为了更好地将应变片与外界隔离，所述封闭部为密封胶；优选所述密封胶为环氧树脂。

优选地，所述电阻应变片通过黏结剂粘固在GFRP筋锚杆的杆体上。更优选地，所述黏结剂为AB胶；该AB胶的A组分为丙烯酸改性环氧，B组分为硬化剂。

基于同一个发明构思，本实用新型还提供了一种GFRP筋锚杆的绝对应变测试装置的安装结构，其包括开设在隧道支护表面且向围岩内延伸的GFRP筋锚杆安装孔，固定安装在GFRP筋锚杆安装孔内的所述的GFRP筋锚杆的绝对应变测试装置。

所述GFRP筋锚杆与GFRP筋锚杆安装孔内壁之间的环隙填充有水泥砂浆，该水泥砂浆将所述GFRP筋锚杆与围岩固结为一个整体。将GFRP筋锚杆安装在GFRP筋锚杆安装孔内时，优选采用单管注浆工艺注入水泥砂浆，水泥砂浆配合比为水泥：砂：水为1：1～1.5：0.5，砂的粒径不大于3mm。

所述连接端子上连接有屏蔽线，该屏蔽线相对GFRP筋锚杆安装孔伸出，并与电阻测试仪相连。

由此，本实用新型在GFRP筋锚杆埋设前，在杆体不同部位安装电阻应变片，装入隧道围岩钻孔内形成支护体系，测试其初始电阻值和环境温度。之后按照测试频率要求测试电阻值和环境温度，依据电阻值和应变关系计算出每次测试的应变值，温度修正后得出GFRP筋锚杆的绝对应变值，可反应GFRP筋锚杆的实际受力情况，并客观评价其工作状态。

本实用新型采用高精度电阻测试仪测试测点电阻，进行温度修正后，利用电阻与应变关系计算得出测点绝对应变值。

以下对本实用新型做进一步详细的描述：

本实用新型的GFRP筋锚杆绝对应变测试中所需设备包括：GFRP筋锚杆、黏结剂、电阻应变片、电阻应变片连接端子、电阻应变片测试线、环氧树脂、测试屏蔽线、隧道初期支护、隧道内预设测试孔、水泥砂浆、高精度电阻测试仪。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用设备简单，计算方法简单可靠，尤其用于需计算GFRP筋锚杆在隧道支护体系时的绝对应变值情况，此实验和计算方法非常有效。采用本实用新型的计算方法，能够得到GFRP筋锚杆在隧道内的受力绝对值，可客观评价锚杆的工作状态，有效解决了目前无法测得GFRP筋锚杆绝对应变值的情况。因此，本实用新型是一种有效可靠的GFRP筋锚杆绝对应变值测定方法。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的GFRP筋锚杆电阻应变片安装示意图；

图2是本实用新型一个实施例的GFRP测杆在隧道内安装测试示意图。

在图中：

1-GFRP筋锚杆、2-粘结剂、3-电阻应变片、4-连接端子、5-测试线、6-封闭胶、7-测试屏蔽线、8-隧道初期支护表面、9-锚杆安装孔、10-水泥砂浆、11-电阻测试仪。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

一种用于隧道支护GFRP筋锚杆的绝对应变测试装置，利用AB胶按照A组分(一般为丙烯酸改性环氧)与B组分(一般为硬化剂)1：1比例混合均匀后将电阻应变片安装在GFRP筋锚杆上，将环氧树脂封闭保护应变片。如图1和2所示，按照测试需要焊接一定长度屏蔽线在电阻应变片测线上，并将测试屏蔽线引至锚杆端部。完成后采用6位半或7位半高精度电阻测试仪测试其应变片工作状态，根据测试需要将GFRP筋锚杆安装进预先布设的测孔内，并采用单管注浆工艺，将水泥砂浆注入孔内，注浆压力不宜大于0.4Mpa，且水泥砂浆配合比(质量比)：水泥：砂：水宜为1：1～1.5：0.5，砂的粒径不宜大于3mm。安装完成后，利用高精度电阻测试仪测试GFRP筋锚杆各测点的电阻值，得出初始电阻值并记录环境温度。之后根据测试频率进行各测点电阻值的测试和环境温度的测试，并通过电阻值和应变关系计算得出每次测试的应变值，扣除初始应变值可得出各测点的绝对应变值。

本实用新型在具体实施中，测试计算方法由下列步骤来实现：

第一步：将GFRP筋锚杆1需要粘贴应变片的位置进行打磨，用酒精将打磨部位擦洗干净，然后利用调制好的AB胶2将应变片3及连接端子4粘贴在打磨部位。

第二步：将电阻应变片接线5焊接在连接端子上，并把屏蔽线7通过连接端子与电阻应变片连接，然后采用环氧树脂6封闭电阻应变片和连接端子，将屏蔽线7引至锚杆尾部，等待环氧树脂凝固后待用。

第三步：将加工好的GFRP测试杆件装入隧道壁8内预先钻好的锚杆安装孔9内，把测试屏蔽线7固定在隧道壁上，用水泥砂浆10将GFRP筋测试锚杆与孔壁黏结，待黏结牢固后利用高精度电阻测试仪11测试各测点电阻值，进行温度后作为测试初始值。

第四步：利用电阻与应变关系，通过测试得出的电阻值计算出初始应变值。计算公式如下：

式中：R：应变片原电阻值Ω(欧姆)，一般为120Ω(欧姆)；

ΔR：伸长或压缩所引起的电阻变化Ω(欧姆)；

K：比例常数(应变片常数)，铜铬合金(Adavance)的K值约为2；

ε_F：初始应变值。

第五步：进行温度补偿。电阻应变片的温度补偿采用自我温度补偿应变片法，如下：

式中：α：电阻应变片的温度系数，为α＝2×10⁶/℃；

K：电阻应变片的应变片常数，为2；

β_S：被测体的热膨胀系数，GFRP筋锚杆的热膨胀系数约为4×10^-6/℃；

β_g：电阻应变片的线膨胀系数，为12×10⁶/℃；

ε_T：温度补偿应变值。

第六步：将上述应变值相加可得出GFRP筋锚杆各测点位置的绝对应变值ε，即：

ε＝ε_F+ε_T

本实用新型的GFRP筋锚杆取代常规钢锚杆用于隧道支护体系时绝对应变测试装置及计算方法通过测定电阻值然后计算其绝对应变值。安装电阻应变片到GFRP测试锚杆上，封装并装入隧道围岩预设孔内，通过高精度电阻测试仪测试其电阻值并进行温度修正，根据电阻与应变关系计算得出GFRP测杆各测点位置绝对应变值。本实用新型专利设备简单、计算方法可靠，尤其应用在复杂的隧道环境时特别实用有效。采用本方法，可有效避免常规测试元件与GFRP筋锚杆连接不牢固或连接长度过长导致的测试数据不准确问题，有效解决GFRP筋锚杆应用在隧道时的绝对应变测试、计算问题。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本实用新型，而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。