锚杆受力测读预警装置及使用方法与流程

本发明涉及锚杆受力监测领域，特别是一种锚杆受力测读预警装置及使用方法。

背景技术：

随着我国经济社会的发展，地下矿井、隧道、地铁、水电硐室等修建越来越多，深度不断增大，更多的工程处于恶劣地质条件，随之面临的支护问题也越来越突出。比如软岩的大变形、高地压和难支护等问题。在常规的锚杆对边坡、矿井巷道、隧道、坝体等主体加固的使用过程中，锚杆的受力不能直观显示，无法满足提前预警的要求。在现场工程锚固中，锚杆受力状态及结构变形状态不明确，仅靠工人个人经验来判断是否安全，容易带来安全隐患。目前使用较多的锚杆受力检测装置由弹性元件电子测力计、液压枕指针式测力计和锚杆无损检测仪。由于一般测力计体积大、造价高和使用不便等原因，其应用只限于极少量锚杆受力情况的抽查和试验研究，不能对工程中所有锚杆进行检测。锚杆无损检测仪虽然可以检测全部锚杆，但是效率太低且需要专业技术人员。因此，目前亟需一种锚杆受力测读预警装置以直观显示锚杆受力是否符合支护设计要求，以及当锚杆受载过高时警示锚杆破断危险。

在本发明之前，申请号为201510750138.8的发明公布了一种双托盘锚杆锚固力实时监测方法及装置。其特征是通过锚杆上安装显示仪表，通过模拟数字转换器将应变片收集到的应变值转换成数字信号，再由控制器计算锚固力并控制发出报警信号。可见该发明需要布置电路，且实际施工中安装复杂，造价高，并不适用于大范围使用。

申请号为201610271396.2的发明公布了一种矿用锚杆测力计。该发明包括电阻应变式锚杆测力传感器和二次监测仪表，其特征在于:电阻应变式锚杆测力传感器包括中控套杆和环形应力传感器组，中空套杆内置环形应力传感器组，环形应力传感器组包括多个均布的单体环形应力传感器并内置箔式电阻片，箔式电阻片通过导线连接；二次监测仪表具有数据处理、实时就地显示、有线传输或无线传输功能。但该发明配件造价高，经济性差，施工效率低，正常工作依赖于电力供应。

技术实现要素：

针对上述发明存在的问题，需要一种无需电力供应，无需精密传感器及数据分析、转换元件的锚杆受力测读预警装置。除此之外，该锚杆受力测度预警装置还具有对锚杆的锚固质量不会产生损害、安装简便、测读简单、受力形变恒定、可大范围使用等优点。

本发明针对现有的锚杆轴力监测装置的不足，提供了一种锚杆受力测读预警装置及其使用方法。通过该发明达到由锚杆受力产生的变形量化为锚杆受力，以预警锚杆杆体拉断破坏的方式，进一步提高锚杆作用和施工质量并消除安全隐患的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：锚杆受力测读预警装置，其特征在于：包括平托板、变形罩和受力量化标尺；所述的平托板与围岩相接触，所述的变形罩通过紧固螺母紧固在平托板上，所述的变形罩上固定有指针，指向受力量化标尺，所述的受力量化标尺固定在锚杆的外露端。

进一步的，所述的平托板由钢板制成，形状一般为方形，中心设有孔洞，锚杆可从中穿过，其作用是将岩（土）体作用在锚杆上的力传递给变形罩，平托板的尺寸大于变形罩，为变形罩预留足够变形空间。

进一步的，所述的变形罩是钢制近半球形装置，其上固定有指针，指针位于变形罩高度的1/2处，且指向变形罩切平面的法向；变形罩与平托板接触的一侧为圆形开口，与紧固螺母接触的一侧为凹顶；变形罩具有不小于锚杆最大轴力的法向承载力，变形罩所受荷载与转角之间存在单调递增关系，随着荷载的增加，变形罩发生形变，指针在其所在纵剖面内产生转动。

进一步的，所述的受力量化标尺是带有刻度的塑料制弧形尺，且根据刻度范围有不同颜色分区。受力量化标尺的一端带有夹子，可夹在锚杆的外露端。

进一步的，所述的受力量化标尺刻度及颜色分区采用下述方法确定:对所述的变形罩在实验室进行标定试验，确定其轴力—指针转角关系，据此绘制标尺刻度，单位为kN；受力量化标尺上锚杆破断荷载0~60%的刻度范围标记为绿色，60%~90%的刻度范围标记为黄色，90%以上的刻度范围标记为红色；当锚杆受力测读预警装置组装好未施加轴力时，指针指向0刻度。

本发明的使用方法如下。

（1）将锚杆内锚固段固定在锚孔后，依次安装平托板、变形罩、紧固螺母，用紧固螺母将变形罩紧固在平托板上，最后将受力量化标尺固定在锚杆的外露端。

（2）不同规格锚杆搭配相应规格的变形罩，可以将锚杆受力状态最为精确地显示出来。紧固螺母对变形罩的紧固程度取决于锚杆预紧力的大小，旋紧紧固螺母时只需将变形罩紧固到指针指向受力量化标尺的相应刻度即可。

（3）锚杆投入正常使用后，工人根据指针位置读取锚杆轴力值，以判断锚杆是否符合工程要求或是否达到预警值。

本发明的有益效果是：

本发明以理论依据为支撑，提供了一种无需电力供应，无需精密传感器及数据分析、转换元件，而且对锚杆的锚固质量不会产生损害、安装简便、测读简单、受力形变恒定、可大范围使用的锚杆（索）受力测读预警装置。该发明在不需要增加额外成本的条件下即可对全部锚杆进行监测，而且不需专业技术人员操作，普通工人即可完成，这对现场施工的安全性和经济性都具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行介绍。

图1本发明结构剖面图。

图2 本发明平面图。

图中：1-平托板；2-变形罩；3-紧固螺母；4-受力量化标尺；5-指针；6-锚杆体；7-围岩；8-夹子。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种锚杆受力测读预警装置，其特征在于：包括平托板1、变形罩2和受力量化标尺4。所述的平托板1与围岩7相接触；所述的变形罩2通过紧固螺母3紧固在平托板1上，所述的变形罩2上固定有指针5，指向受力量化标尺4，所述的受力量化标尺4固定在锚杆6的外露端。

进一步的，所述的平托板1由钢板制成，形状一般为方形，中心设有孔洞，锚杆6可从中穿过。其作用是将岩（土）体作用在锚杆上的力传递给变形罩2，平托板1的尺寸大于变形罩2，为变形罩2预留足够变形空间。

进一步的，所述的变形罩2是钢制近半球形装置，其上固定有指针5，指针5位于变形罩高度的1/2处，且指向变形罩2切平面的法向；变形罩2与平托板1接触的一侧为圆形开口，与紧固螺母3接触的一侧为凹顶；变形罩2具有不小于锚杆6最大轴力的法向承载力，变形罩2所受荷载与指针转角之间存在单调递增关系，随着荷载的增加，变形罩2发生形变，指针5在其所在纵剖面内产生转动。

进一步的，所述的受力量化标尺4是带有刻度的塑料制弧形尺，且根据刻度范围有不同颜色分区；受力量化标尺的一端带有夹子8，可夹在锚杆6的外露端。

进一步的，所述的受力量化标尺4刻度及颜色分区采用下述方法确定:对所述的变形罩2在实验室进行标定试验，确定其轴力—指针转角关系，据此绘制标尺刻度，单位为kN；受力量化标尺4上锚杆破断荷载0~60%的刻度范围标记为绿色，60%~90%的刻度范围标记为黄色，90%以上的刻度范围标记为红色；当锚杆受力测读预警装置组装好未施加轴力时，指针指向0刻度。

本发明的使用方法如下。

（1）将锚杆6内锚固段固定在锚孔后，依次安装平托板1、变形罩2、紧固螺母3，用紧固螺母3将变形罩2紧固在平托板1上，最后将受力量化标尺4固定在锚杆的外露端。

（2）不同规格锚杆6搭配相应规格的变形罩2，可以将锚杆6受力状态最为精确地显示出来；紧固螺母3对变形罩2的紧固程度取决于锚杆6预紧力的大小，旋紧紧固螺母3时只需将变形罩2紧固到指针5指向受力量化标尺4的相应刻度即可。

（3）锚杆6投入正常使用后，工人可根据指针位置读取锚杆6轴力值，以判断锚杆6是否符合工程要求，或是否达到预警值。

以上所属实施例，只是本发明较优选的具体的实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。