测试锚杆预紧扭矩与预紧力转化关系的试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种测试锚杆预紧扭矩与预紧力转化关系的试验方法，试验方法按以下步骤进行：制作由混凝土试样、锚杆和锚固剂组成的锚固体试样；待锚固剂完全凝固后，依次将垫板、锁紧螺母安装在锚杆上；使用扭矩扳手对锁紧螺母施加预紧扭矩，待应变仪上的读数稳定后读取应变片的应变；增加预紧扭矩的数值，获取多组不同的预紧扭矩所对应的应变；根据试验数据，绘制试验曲线，分析试验规律。本发明对于认识锚杆预紧扭矩与预紧力之间的关系与变化规律、指导锚固工程实践具有重要意义。
【专利说明】
测试锚杆预紧扭矩与预紧力转化关系的试验方法
技术领域
[0001]本发明属于岩土工程技术领域，具体来说涉及一种测试锚杆预紧扭矩与预紧力转化关系的试验方法。
【背景技术】
[0002]预应力锚杆是交通、水利及采矿等行业锚固工程中应用最广泛的支护型式。锚杆的预紧力是通过预紧扭矩的施加而实现的，因而锚杆预紧扭矩与预紧力之间必然存在着特定的转化关系。影响锚杆预紧扭矩与预紧力之间转化关系的因素众多，主要包括锚杆直径、锚固长度、锚杆螺纹尺寸及加工精度、垫板型式及采取的减摩措施等。室内试验是获取锚杆锚固性能主要的研究手段，设计合理的室内试验方法，获取相关试验数据，分析锚杆预紧扭矩与预紧力之间的关系与变化规律，对于全面认识预应力锚杆的锚固性能、指导锚固工程实践具有重要意义，而现有技术中没有关于锚杆预紧力和预紧扭矩转化关系的研究。
【发明内容】
[0003]针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种测试锚杆预紧扭矩与预紧力转化关系的试验方法。
[0004]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种测试锚杆预紧扭矩与预紧力转化关系的试验方法，包括以下步骤:
a制作混凝土试样，在混凝土试样轴对称线上钻取直径为D的锚杆钻孔，在锚杆表面上粘贴应变片，应变片通过导线外接应变仪，向锚杆钻孔内灌注锚固剂，将锚杆放置于锚杆钻孔内，制作成由混凝土试样、锚杆和锚固剂组成的锚固体试样；b待锚固剂完全凝固后，依次将垫板、锁紧螺母安装在锚杆上；c使用扭矩扳手对锁紧螺母施加预紧扭矩M，待应变仪上的读数稳定后读取应变片的应变ε;
d在步骤c的基础上，增加预紧扭矩M的数值，并读取应变ε ; e重复进行步骤d，获取多组不同的预紧扭矩M所对应的应变ε ; f处理试验数据，绘制试验曲线，分析试验规律。
[0005]所述混凝土试样为长方体，混凝土试样的长度L为锚杆钻孔直径D的8?15倍，锚杆钻孔底面距混凝土试样底面高度H为15cm?30cmo
[0006]所述锚固剂为树脂或水泥砂浆中的一种。
[0007]本发明通过扭矩扳手获取锚杆预紧扭矩值，由应变仪获取锚杆伸长应变，进而计算得到锚杆的预紧力，据此分析不同的因素(如锚杆直径、锚固长度、锚杆螺纹尺寸及加工精度、垫板型式及采取的减摩措施)对锚杆预紧扭矩与预紧力转化关系的影响规律。本试验方法科学合理，试验操作过程简便易行，对于分析锚杆预紧扭矩与预紧力之间的关系与变化规律、指导锚固工程实践具有重要意义。
【附图说明】
[0008]图1是本发明的试验布置方案示意图。
[0009]图2是实施例1得到的预紧扭矩与预紧力关系曲线。
[0010]图3是实施例2得到的预紧扭矩与预紧力关系曲线。
[0011]图4是实施例3得到的预紧扭矩与预紧力关系曲线。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
[0013]如图1所示的测试锚杆预紧扭矩与预紧力转化关系的试验方法，包括以下步骤:
a制作混凝土试样I，在混凝土试样I轴对称线上钻取直径为D的锚杆钻孔4，在锚杆2表面上粘贴应变片3，应变片3通过导线外接应变仪，向锚杆钻孔4内灌注锚固剂5，将锚杆2放置于锚杆钻孔4内，制作成由混凝土试样1、锚杆2和锚固剂5组成的锚固体试样；b待锚固剂5完全凝固后，依次将垫板6、锁紧螺母7安装在锚杆2上；c使用扭矩扳手8对锁紧螺母7施加预紧扭矩M，待应变仪上的读数稳定后读取应变片3的应变ε;
d在步骤c的基础上，增加预紧扭矩M的数值，并读取应变ε ; e重复进行步骤d，获取多组不同的预紧扭矩M所对应的应变ε ; f处理试验数据，绘制试验曲线，分析试验规律。
[0014]其中，混凝土试样I为长方体，混凝土试样I的长度L为锚杆钻孔4直径D的8?15倍，锚杆钻孔4底面距混凝土试样I底面高度H为15cm?30cm，锚固剂5为树脂或水泥砂浆中的一种。
[0015]实施例1
a饶筑尺寸为30 cmX 30 cmX 120cm的长方体混凝土试样I，混凝土试样I所用材料及其配比为水:水泥:石英砂=0.36:1:1；待混凝土试样I养护14天后，在其中心轴线钻出直径D为30mm、深度100mm的锚杆钻孔4 ；试验所用锚杆2取自济宁三号井煤矿，锚杆直径d为20mm，锚杆长度115cm，销杆弹性模量E为220GPa，在销杆杆体自由段每隔1cm粘贴一个应变片3，共计5个应变片。
[0016]b向锚杆钻孔4内灌注锚固剂5，试验所用锚固剂5为水:水泥:细砂=0.5:1:0.6的水泥砂浆，锚固长度为0.5m;锚固剂5灌注完毕后，迅速将锚杆2插入锚杆钻孔4并与锚固剂5充分接触;将制作完成的锚固体试样放在阴凉处养护14天。
[0017]c依次将垫板6、锁紧螺母7安装在锚杆2上，应变片3通过导线与应变仪连接。
[0018]d使用扭矩扳手8对锁紧螺母7施加大小为50牛米的预紧扭矩，待应变仪上的读数稳定后读取应变片3的应变ε。
[0019]e按照每次50牛米的级别增加预紧扭矩的大小至300牛米，并分别读取对应的应变数据。
[0020]f根据公式P=E.ε..d2/4计算锚杆预紧力，绘制预紧扭矩-预紧力关系曲线，分析试验规律。
[0021]图2为本实施例试验数据分析所得的曲线，由图2可见，锚杆预紧力随着预紧扭矩的增大而增大，但随着预紧扭矩增大预紧力增长速率有所降低，原因可能是随着预紧扭矩的增大，锁紧螺母与锚杆螺纹之间的摩擦力增大造成的。
[0022]实施例2
a饶筑尺寸为30 cmX 30 cmX 120cm的长方体混凝土试样I，混凝土试样I所用材料及其配比为水:水泥:石英砂=0.36:1:1；待混凝土试样I养护14天后，在其中心轴线钻出直径D为30mm、深度100mm的锚杆钻孔4 ；试验所用锚杆2取自济宁三号井煤矿，锚杆直径d为20mm，锚杆长度115cm，销杆弹性模量E为220GPa，在销杆杆体自由段每隔1cm粘贴一个应变片3，共计5个应变片。
[0023]b向锚杆钻孔4内灌注锚固剂5，试验所用锚固剂5为水:水泥:细砂=0.5:1:0.6的水泥砂浆，锚固长度为0.5m;锚固剂5灌注完毕后，迅速将锚杆2插入锚杆钻孔4并与锚固剂5充分接触;将制作完成的锚固体试样放在阴凉处养护14天。
[0024]c在锚杆2端部螺纹上及锁紧螺母7的螺纹上涂抹黄油，以降低摩擦阻力；依次将垫板6、锁紧螺母7安装在锚杆2上，应变片3通过导线与应变仪连接。
[0025]d使用扭矩扳手8对锁紧螺母7施加大小为50牛米的预紧扭矩，待应变仪上的读数稳定后读取应变片3的应变ε。
[0026]e按照每次50牛米的级别增加预紧扭矩的大小至300牛米，并分别读取对应的应变数据。
[0027]f根据公式P=E.ε..d2/4计算锚杆预紧力，绘制预紧扭矩-预紧力关系曲线，分析试验规律。
[0028]图3为本实施例试验数据分析所得的曲线，由图3可见，采取端部涂抹黄油的减摩措施后，锚杆预紧力随着预紧扭矩的增大而增大，且随着预紧扭矩增大预紧力增大速率基本保持不变;与图2相比，在预紧扭矩相同时，锚杆预紧力显著增大，如预紧扭矩为200牛米时，采取减摩措施后锚杆预紧力由17.61KN增大至23.34KN，这表明减摩措施很好的提高了锚杆预紧力转化率。
[0029]实施例3
a饶筑尺寸为30 cmX 30 cmX 120cm的长方体混凝土试样I，混凝土试样I所用材料及其配比为水:水泥:石英砂=0.36:1:1；待混凝土试样I养护14天后，在其中心轴线钻出直径D为30mm、深度100mm的锚杆钻孔4 ；试验所用锚杆2取自济宁三号井煤矿，锚杆直径d为20mm，锚杆长度115cm，销杆弹性模量E为220GPa，在销杆杆体自由段每隔1cm粘贴一个应变片3，共计3个应变片。
[0030]b向锚杆钻孔4内灌注锚固剂5，试验所用锚固剂5为水:水泥:细砂=0.5:1:0.6的水泥砂浆，锚固长度为0.Sm;锚固剂5灌注完毕后，迅速将锚杆2插入锚杆钻孔4并与锚固剂5充分接触;将制作完成的锚固体试样放在阴凉处养护14天。
[0031 ] c依次将垫板6、锁紧螺母7安装在锚杆2上，应变片3通过导线与应变仪连接。
[0032]d使用扭矩扳手8对锁紧螺母7施加大小为50牛米的预紧扭矩，待应变仪上的读数稳定后读取应变片3的应变ε。
[0033]e按照每次50牛米的级别增加预紧扭矩的大小至300牛米，并分别读取对应的应变数据。
[0034]f根据公式P=E.ε..d2/4计算锚杆预紧力，绘制预紧扭矩-预紧力关系曲线，分析试验规律。
[0035]图4为本实施例试验数据分析所得的曲线，由图4可见，锚杆预紧力随着预紧扭矩的增大而增大，但随着预紧扭矩增大预紧力增大速率有所降低；与图2相比，在预紧扭矩相同时，锚杆预紧力有所减小，如预紧扭矩为200牛米时，锚固长度增大后锚杆预紧力由17.61KN 减小至 14.61KN。
【主权项】
1.一种测试锚杆预紧扭矩与预紧力转化关系的试验方法，其特征在于:包括以下步骤: a制作混凝土试样(I)，在混凝土试样(I)轴对称线上钻取直径为D的锚杆钻孔(4)，在锚杆(2)表面上粘贴应变片(3)，应变片(3)通过导线外接应变仪，向锚杆钻孔(4)内灌注锚固剂(5)，将锚杆(2)放置于锚杆钻孔(4)内，制作成由混凝土试样(1)、锚杆(2)和锚固剂(5)组成的锚固体试样； b待锚固剂(5)完全凝固后，依次将垫板(6)、锁紧螺母(7)安装在锚杆(2)上；c使用扭矩扳手(8)对锁紧螺母(7)施加预紧扭矩M，待应变仪上的读数稳定后读取应变片(3)的应变ε; d在步骤c的基础上，增加预紧扭矩M的数值，并读取应变ε ; e重复进行步骤d，获取多组不同的预紧扭矩M所对应的应变ε; f处理试验数据，绘制试验曲线，分析试验规律。2.根据权利要求1所述的测试锚杆预紧扭矩与预紧力转化关系的试验方法，其特征在于:所述混凝土试样(I)为长方体，混凝土试样(I)的长度L为锚杆钻孔(4)直径D的8?15倍，锚杆钻孔(4)底面距混凝土试样(I)底面高度H为15cm?30cmo3.根据权利要求1所述的测试锚杆预紧扭矩与预紧力转化关系的试验方法，其特征在于:所述锚固剂(5)为树脂或水泥砂浆中的一种。
【文档编号】G01L5/24GK105928651SQ201610260627
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】徐荣超, 李建勇, 赵阳, 黄志全, 房敬年, 吕晓春, 于怀昌, 贾景超
【申请人】华北水利水电大学