CN105510158A - 锚固体动态拉伸实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锚固体动态拉伸实验装置及实验方法。本发明应用重锤-杠杆装置，将重锤自由落体的冲击载荷转换-放大为作用在锚杆上的冲击载荷，通过调整杠杆支点位置，改变锚杆上所受拉伸载荷的量值，研究不同载荷、不同拉伸速率下锚固体界面上的响应规律。本发明采用导向装置、杠杆放大装置，实现了锚杆的动态拉拔，所研究的第一、二界面脱粘失效规律对冲击地压锚固巷道锚固体失效机制具有一定的工程意义。

Description

锚固体动态拉伸实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及一种动态载荷作用下锚杆锚固体试验装置及试验方法，尤其涉及一种锚杆锚固基体的制作和锚固体拉伸试验方法。

背景技术

随着矿井开采深度的增加，岩爆、冲击地压、煤与瓦斯突出、顶板大面积来压等动压显现的频率和强度越来越高，对矿井巷道围岩稳定性及人员安全造成较大的威胁。

目前，锚杆静力拉拔实验技术比较成熟，对锚固体诸界面有了比较深刻理解，但对动态拉拔锚固体诸界面破坏机制尚不清晰。2013年周辉等申报的专利“一种锚杆性能测试装置”，公开了一种锚杆静力拉伸变形和动态抗冲击性能的试验测试装置；2014年路国运等的申报的专利“一种冲击主动围压下的动态拉拔实验装置及实验方法”，公开了一种冲击主动围压下的动态拉拔装置及实验方法；2014年康红普等申报的专利“一种用于测试锚杆冲击载荷的试验台及测试方法”，公开了一种测试锚杆冲击载荷的试验台及测试方法；2014年周泽等申报的专利“一种锚杆动载施加装置”，公开了一种锚杆动载施加装置；要对锚固体诸界面（树脂-孔壁、锚杆-树脂及潜在的岩体破坏界面）的动态特性进行数值模拟、理论方面的研究，必须通过室内试验研究其力学性能。

发明内容

本发明旨在提供一种冲击载荷作用下，锚杆锚固体杆体-树脂第一界面动态实验装置，研究动态载荷作用下该界面上的剪切力分布。本发明应用重锤-杠杆装置，将冲击载荷转换-放大为作用在锚杆上的冲击载荷，通过调整杠杆支点位置，改变锚杆上所受拉伸载荷的量值，研究不同载荷、不同拉伸速率下锚固体界面上的响应规律。

本发明提供了一种冲击载荷作用下锚杆动态拉伸试验装置，包括重锤、锚固体拉伸装置、冲击-杠杆传力***、测量***、试件制作模具等。所述重锤包括穿心冲击钢块、重锤靶，穿过定位杆，由重锤定位销固定在重锤冲击装置两边的立柱上，立柱上标示有刻度；两侧立柱上钻孔，以便重锤定位销***；拉出定位销，重锤即可沿铅直轨道作自由落体运动，实现重锤冲击；所述试件为钢筋混凝土制作的圆柱形试件，试件中心为矿用锚杆；所述测量装置包括加速度传感器、PVDF动载荷传感器、金属箔式应变片；所述试件中心锚固的矿用锚杆，沿轴向两侧刻槽，槽内粘贴应变片；所述试件紧固装置为沿试件边缘内侧布置的配筋，在下端外露段加固螺纹，通过螺帽紧固在固定端；所述冲击-杠杆传力***包括重锤冲击靶、滑道、导向轮、钢丝绳、杠杆，重锤以一定速度下落作用在冲击靶上，冲击靶带动钢丝绳拉动杠杆动作，动载荷经杠杆放大后经钢丝绳、导向轮传递到矿用锚杆的受拉端；所述杠杆包括杠杆轴承支点、长臂和短臂，连接冲击靶的钢丝绳连接长臂，连接矿用锚杆的钢丝绳连接于短臂，在杠杆臂、锚杆上钻孔，安装同类型钢丝绳制作的连接环，钢丝绳通过丝扣固定于连接环上；所述杠杆短臂给定长度，长臂随放大系数不同进行更换，轴承支点与其通过螺栓连接装配；所述重锤为中空重块，沿一个有刻度的钢杆落下，冲击靶置于一个滑筒内，钢丝绳连接杠杆短臂及冲击靶。

上述冲击靶、重锤、冲击锥形端中间加工有细孔，下端安设锥台形冲击端；重锤沿导轨下落，撞击冲击靶，使其沿导轨将冲击载荷通过钢丝绳传递到锚杆一端。冲击靶上端靶头处安设PVDF动载荷传感器，测量重锤施加给冲击靶的动态载荷；冲击靶中间加工有与上端安设有大小与上述锥形冲击端一致的冲击端，冲击靶一侧刻槽，槽内放置可以连接钢丝绳的滑块。受冲击载荷后，冲击靶沿靶滑筒下降。

上述立柱包括重锤冲击装置立柱，导向轮立柱和杠杆转轴固定立柱，其下端固定在底座上。

重锤冲击装置立柱为槽钢制作，槽钢立柱上标刻度，上等间距钻孔。重锤靠上端左右两侧加工有锥形孔，锥形插销穿过立柱孔，将其固定在门式槽钢的某一高度，拉出插销，即可使重锤自由下落。

上述杠杆长臂和短臂通过轴承连接，短臂一节，长臂为若干节，各节之间为螺纹连接。

上述导向装置为两组滑轮，长臂端导向装置的一组滑轮固定在立柱上；短臂端导向装置固定在一组导向轮立柱上。

上述长臂端立柱为槽钢制作，固定于底座上，滑轮上下、左右错开布置；上述短臂端立柱为槽钢制作，固定于底座上，滑轮上下、左右错开布置，固定于导向轮固定板上，保证通过导向轮连接锚杆拉拔端的钢丝绳铅直且与锚杆轴向同心。

本发明提供了一种锚固体动态拉伸的实验方法，包括如下步骤：

（1）制作中间预留锚杆安装孔的圆形混凝土试件，养护28天，以备使用。

（2）锚杆轴向两侧刻槽，粘贴应变片，连线密封，锚固于混凝土基体的孔内。

（3）将试件固定在底座上，将应变片导线连接于动态应变仪；在锚杆外露段和基体上安装加速度传感器和位移传感器。

（4）安装好冲击靶，其上安设PVDF动态载荷传感器；连接好各个连接处的钢丝绳，并保持张紧状态。

（5）提升重锤至设定高度，释放重锤使其冲击冲击靶，带动钢丝绳，将冲击荷载转化为作用在锚杆的动载冲击载荷；动态应变仪记录动载荷沿锚杆轴向的分布及衰减规律，加速度传感器锚杆的杆体运动规律。

（6）调节重锤下落高度，重复以上步骤，可研究加载速率对锚杆-锚固剂第一界面、第二界面粘结力分布的影响规律。

本发明的有益效果：

（1）本发明涉利用重锤、冲击靶、杠杆、钢丝绳、导向轮，将重锤的下落动荷载转化、放大为作用在锚固体上的动态拉拔力，从而实现了锚固体的动态拉伸试验。

（2）采用动载荷传感器记录冲击靶的动态载荷，采用加速度传感器、位移传感器记录动载作用下锚杆外露端的加速度和位移，可以定量记录锚杆动载拉拔力-位移曲线，以便分析拉拔力与锚杆粘结滑移的影响。

（3）本发明采用导向装置、杠杆放大装置，实现了锚杆的动态拉拔，所研究的第、一、二界面脱粘失效规律对冲击地压锚固巷道锚固体失效机制具有一定的工程意义。

附图说明：

图1为本发明装置装置***图。

图2为本发明装置的重锤冲击装置图。

图3为本发明的重锤装置图。

图4为冲击靶滑筒装置图。

图5为本发明装置的冲击靶图。

图6为本发明的基体模具图。

图7为本发明的锚固体拉伸装置图。

图8为本发明装置的测力锚杆图。

图中1为定位杆、2为重锤、3为重锤立柱、4为冲击靶、5为钢丝绳固定块、6为冲击靶滑筒、7为导向轮立柱、8为导向轮固定板、9为导向轮、10、10’为钢丝绳、11为杠杆连接扣、12为杠杆、13为轴承、14为锚杆、15为基体、16为基体配筋、17为基体底座、18为T形固定螺栓、19为装置底座、20为重锤定位销，21为重锤冲击装置立柱刻度、22为重锤定位杆孔、23为重锤靶、24为滑筒缺口、25为冲击靶靶头、26为PVDF动载荷传感器、27为薄壁钢管、28为PVC模具管、29为定位螺栓、30为模具底座、31为加速度传感器、32为应变片、33为充填胶水。

具体实施方式

下面通过具体实施例子来进一步说明本发明，但不限于该例子。

实施例子：

首先对照图1-图6说明本发明实验装置的构成：

一种冲击载荷作用下锚杆动态拉伸试验装置，包括重锤、锚固体拉伸装置、冲击-杠杆传力***、测量***、试件制作模具等。其特征在于：所述冲击装置包括重锤2、重锤靶23、冲击靶4、滑筒6。所述试件为钢筋混凝土制作的圆柱形试件15，周边布置配筋16，试件中心为矿用锚杆14。

所述测量装置包括固定于锚杆上端的加速度传感器31、测量重锤动载荷的PVDF动载荷传感器34、测量锚杆受力的金属箔式应变片32。

所述冲击-杠杆传力***包括重锤冲击靶4、重锤立柱3、导向轮9（9’）、钢丝绳10(10’)、杠杆12。重锤由由定位销20固定在两边的立柱上，拉出定位销，重锤即可沿铅直轨道作自由落体运动，实现重锤冲击。重锤以一定速度下落作用在冲击靶上，冲击靶带动钢丝绳拉动杠杆动作，动载荷经杠杆放大后经钢丝绳、导向轮传递到矿用锚杆14的受拉端；所述杠杆包括杠杆轴承支点13、长臂和短臂，连接冲击靶的钢丝绳连接长臂，连接矿用锚杆的钢丝绳连接于短臂，在杠杆臂、锚杆上钻孔，安装同类型钢丝绳制作的连接环，钢丝绳通过丝扣固定于连接环上；所述杠杆短臂给定长度，长臂端由杠杆连接扣11将杠杆短节固定，实现不同的动载放大系数。

下面具体叙述本发明的锚杆动态拉拔实验方法：

一种锚固体动态拉伸实验装置及实验方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将薄壁钢管27外侧涂抹洗衣液，用保鲜膜包裹后置于模具底座30的孔内；将一定水灰比的水泥、砂和石子搅拌后倒入基体模具内，同时将其置于振动台上，使其密实；1d后即可取出薄壁钢管，养护28天后即可进行下一步实验。

（2）与（1）同时进行，将矿用锚杆14沿轴向两侧刻槽，在槽内粘结应变片32，而后用防水胶33封装，相邻的两片组成半桥电路，对锚杆受力进行监测。

（3）将T形固定螺栓18穿过基体底座17，将基体底座固定在***底座19上，然后将配筋16下端用螺母连接基体底座17，完成试件的安装，在锚杆14中上段安设加速度传感器31。

（4）将冲击靶靶头25上端安设PVDF动载荷传感器26，同时将其置入冲击靶滑筒6；将钢丝绳10一端连接固定块5，另一端连接杠杆12；钢丝绳10’一端连接杠杆短臂，另一端连接锚杆上端；两根钢丝绳均通过导向轮，要求安装时杠杆12保持水平且钢丝绳张紧。

（5）连接监测仪器，监测冲击靶所受载荷、锚杆受力和加速度。

（6）提升重锤2至一定高度，用重锤定位销20固定；准备就绪后，同时拉出两侧的定位销，重锤靶23以一定速度击中冲击靶25，冲击靶在滑筒6内向下运动，带动钢丝绳和杠杆，将放大后的动载荷传递到锚杆。

（7）调节重锤释放高度或杠杆长臂长度，重复以上步骤，可研究不同加载速率和动态拉拔力作用下锚杆锚固体的动态拉拔力学响应。

Claims (6)

1.本发明提供了一种冲击载荷作用下锚杆动态拉伸试验装置，包括重锤、锚固体拉伸装置、冲击-杠杆传力***、测量***、试件制作模具等。

2.如权利要求1所述的动载荷杠杆传力***，其特征在于，所述杠杆分段通过连接扣连接，杠杆长臂可变。

3.所述重锤***，其特征在于采用中空重锤，定位销定位，重锤锤体中空，通过定位杆定位；所述冲击靶靶头上安设PVDF（压电薄膜）动载荷传感器。

4.所述试件制作模具，其特征在于，薄壁钢管上涂抹洗衣液后外裹保鲜膜预制钻孔，PVC模具管分为3片，定位螺栓限位。

5.所述锚固体拉伸装置，其特征在于受拉一端为T形螺栓，和基体配筋一起固定在基体底座上。

6.所述测量***，其特征在于能够测量锚杆所受动载荷、锚固体拉拔时的加速度、作用在锚杆端头冲击载荷量值。