专利名称：自传感复合纤维锚杆杆体及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地层加固用的锚杆，尤其涉及一种自带传感功能的具有不同延展率的碳素纤维。
背景技术：
20世纪50年代，我国矿山巷道加固工程就开始使用了锚杆支护。但是锚杆因为其埋入地下的施工方法，难以对锚杆进行后期的检测和对历史最大应变的记忆。具体地说，现有的锚杆都是使用一种螺纹钢的锚杆，测量都是随机地选择已经安装好的锚杆，然后下线测定。这样不利于掌握整体锚杆群的统一测量，而且过程复杂、费时费力。
现代工程运用中对锚杆的强度和耐久性的要求是越来越高，所以一种提供更大锚固力、更长久使用的锚杆就孕育而生了。现代材料中各种纤维材料，尤其是复合材料的运用可以实现这些要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的上述缺点和不足，实现现有工程的要求，提供一种自传感复合纤维锚杆杆体及其制作方法，该锚杆杆体既能做到自我检测，而且强度和耐腐蚀性更好。
本发明的目的是这样实现的1、自传感复合纤维锚杆杆体如图1，本锚杆杆体由玻璃纤维长杆体(1)、碳素纤维(2)、测试电极(3)组成；在玻璃纤维长杆体(1)外层设置有碳素纤维(2)，碳素纤维(2)和测试电极(3)连接。
所述的玻璃纤维长杆体(1)，其材料是玻璃纤维；玻璃纤维是一种价廉物美的材料。因此，与螺纹钢的锚杆相比，玻璃纤维长杆体1更耐腐蚀，价格更便宜。
所述的碳素纤维(2)，是一种可以导电的材料。
碳素纤维(2)的作用是保证玻璃纤维长杆体(1)的受力在设计的安全范围内。其原理是利用强度低于玻璃纤维长杆体(1)的碳素纤维(2)，当应力达到一定程度后让其断裂早于玻璃纤维长杆体(1)；但整体的锚固力并没有明显的变化。当碳素纤维(2)的电阻产生变化时，通过测试电极(3)测量电阻的变化，从而反映出锚杆的受力情况。
2、自传感复合纤维锚杆杆体的制作方法①在玻璃纤维长杆体(1)的外围涂抹树脂胶；②包裹碳素纤维(2)；③用导电胶沿碳素纤维(2)截面涂抹一圈；④粘接测试电极(3)。
⑤在碳素纤维(2)外面用专用的螺纹机加工螺纹(4)。
本发明具有下列优点和积极效果1、测量简单。在施工后对锚杆杆体接上电极，就可以随时在线对每一根锚杆进行不破坏测试。
2、成本低廉。由于使用了强度更高的、更耐腐蚀的材料，可以减少锚杆的使用数目并增加锚杆的使用年限，这样无形中降低整个施工的成本。
总之，由于本发明性能价格比高，因此可广泛应用于矿山巷道加固工程中。
图1-锚杆杆体结构图；图2-测试电极结构图；图3-基于单一碳素纤维布的锚杆杆体横截面示意图；图4-基于多种碳素纤维布的锚杆杆体横截面示意图；图5-基于多种碳素纤维线的锚杆杆体横截面示意图。
其中1-玻璃纤维长杆体；2-碳素纤维，2.1、2.2……2.N-第1、2……N碳素纤维布，
2a、2b……2n-第1、2……n碳素纤维线；3-测试电极；4-螺纹。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例详细说明1、基于单一碳素纤维的锚杆杆体1-1)结构如图3，由整块的碳素纤维(2)包裹在玻璃纤维长杆体(1)的外围。
1-2)制作方法①用丙酮专用清洁液擦拭玻璃纤维长杆体(1)表面；②调试适量的树脂搅拌均匀，用泡沫滚筒将树脂均匀地涂抹在玻璃纤维长杆体(1)表面；③将整块的碳素纤维(2)整齐地包裹在玻璃纤维长杆体(1)的外围，包裹时保证碳素纤维(2)的纤维方向与锚杆的轴向一致，再用橡皮刷沿着纤维方向使碳素纤维(2)紧密地包裹住玻璃纤维长杆体(1)，根据树脂的粘度不同，树脂的涂抹量也不同，涂抹的厚度为0.1～0.5mm；④将锚杆整体放入烘干机内，温度在180～220℃。经过24～36小时完全干燥；⑤选择需要观测的点，用导电胶沿截面涂抹一圈，保证每一根碳纤维都被均匀地浸透到，再按图2的接线方式接出测试电极(4)，测试电极(4)的线要整齐紧密地排列，尽量减小占用的空间；⑥在碳素纤维布(2)的表面用专用的螺纹机加工螺纹(4)。
2、基于多种碳素纤维布的锚杆2-1)结构如图4，由不同延展率的第1、2……N碳素纤维布(2.1、2.2……2.N)依次包裹在玻璃纤维长杆体(1)的外围，N≤10。
2-2)制作方法同基于单一碳素纤维的锚杆的制作方法；另外，将不同延展率的第1、2……N碳素纤维布(2.1、2.2……2.N)依次包裹在玻璃纤维长杆体(1)的外围，两两相邻的碳素纤维布的接缝处要保证连接，但是不可重叠太多。
2-3)工作原理第1、2……N碳素纤维布(2.1、2.2、……2.N)具有良好的材料性能，高弹性的第1、2……N碳素纤维布(2.1、2.2、……2.N)的弹性模量与钢材相似，强度大于3400MPa。合理搭配不同的第1、2……N碳素纤维布(2.1、2.2、……2.N)可以极大提供锚杆的性能。
另外，在玻璃纤维长杆体(1)的外围包裹几种不同延展率的第1、2……N碳素纤维布(2.1、2.2、……2.N)，可以实现当杆体受到不同程度的冲击应力时，第1、2……N碳素纤维布(2.1、2.2、……2.N)依次断裂；这样就能通过测量锚杆电阻变化程度而记录锚杆历史上受到的瞬时应力的区间。
3、基于多种碳素纤维线的锚杆3-1)结构如图5，由不同不同延展率的第1、2……n碳素纤维线(2a、2b……2n)依次对称包裹在玻璃纤维长杆体(1)的外围，n≤10。
3-2)制作方法同基于单一碳素纤维布的锚杆的制作方法；另外有将不同延展率的第1、2……n碳素纤维线(2a、2b……2n)取合适得长度后，拉直展平，用树脂均匀地涂抹在第1、2……n碳素纤维线(2a、2b……2n)的表面，上下都盖上玻璃纸，再用皮刷沿着纤维方向压刷玻璃纸表面，使树脂和碳纤维完全浸透。
3-3)工作原理第1、2……n碳素纤维线(2a、2b……2n)具有良好的导电性能，随着杆体的收拉，第1、2……n碳素纤维线(2a、2b……2n)的长度和截面积都发生变化。细小的第1、2……n碳素纤维线(2a、2b……2n)，在长度和截面积变化时，电阻变化也是明显的。当锚杆受到不同程度的冲击应力时，碳素纤维线依次断裂。这样通过测量锚杆电阻突变的变化程度而记录杆体历史上受到的瞬时应力的区间。
权利要求
1.一种自传感复合纤维锚杆杆体，其特征在于由玻璃纤维长杆体(1)、碳素纤维(2)、测试电极(3)组成；在玻璃纤维长杆体(1)外层设置有碳素纤维(2)，碳素纤维(2)和测试电极(3)连接。
2.按权利要求1所述的一种自传感复合纤维锚杆杆体，其特征在于由整块的碳素纤维(2)包裹在玻璃纤维长杆体(1)的外围。
3.按权利要求1所述的一种自传感复合纤维锚杆杆体，其特征在于由不同延展率的第1、2……N碳素纤维布(2.1、2.2……2.N)依次包裹在玻璃纤维长杆体(1)的外围，N≤10。
4.按权利要求1所述的一种自传感复合纤维锚杆杆体，其特征在于由不同不同延展率的第1、2……n碳素纤维线(2a、2b……2n)依次对称包裹在玻璃纤维长杆体(1)的外围，n≤10。
5.一种自传感复合纤维锚杆杆体的制作方法，其特征在于①在玻璃纤维长杆体(1)的外围涂抹树脂胶；②包裹碳素纤维(2)；③用导电胶沿碳素纤维(2)截面涂抹一圈；④粘接测试电极(3)。⑤在碳素纤维(2)外面用专用的螺纹机加工螺纹(4)。
6.按权利要求5所述的自传感复合纤维锚杆杆体的制作方法，其特征在于将不同延展率的第1、2……N碳素纤维布(2.1、2.2……2.N)依次包裹在玻璃纤维长杆体(1)的外围，两两相邻的碳素纤维布的接缝处要保证连接。
7.按权利要求5所述的自传感复合纤维锚杆杆体的制作方法，其特征在于将不同延展率的第1、2……n碳素纤维线(2a、2b……2n)取合适得长度后，拉直展平，用树脂均匀地涂抹在第1、2……n碳素纤维线(2a、2b……2n)的表面，上下都盖上玻璃纸，再用皮刷沿着纤维方向压刷玻璃纸表面，使树脂和碳纤维完全浸透。
全文摘要
本发明公开了一种自传感复合纤维锚杆杆体及其制作方法，涉及一种地层加固用的锚杆。本锚杆由玻璃纤维长杆体(1)、碳素纤维(2)、测试电极(3)组成；在玻璃纤维长杆体(1)外层设置有碳素纤维(2)，碳素纤维(2)和测试电极(3)连接。其原理是利用强度低于玻璃纤维长杆体(1)的碳素纤维(2)，当应力达到一定程度后让其断裂早于玻璃纤维长杆体(1)；当碳素纤维(2)的电阻产生变化时，通过测试电极(3)测量电阻的变化，从而反映出锚杆的受力情况。本发明在施工后对锚杆接上电极，就可以随时在线对每一根锚杆进行不破坏测试；由于本发明性能价格比高，适用于矿山巷道加固工程中。
文档编号E21D21/02GK101070760SQ200710052509
公开日2007年11月14日 申请日期2007年6月20日 优先权日2007年6月20日
发明者李小春, 吴智深, 黄璜 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所