試驗用溫度補償條，最后將貼有溫 度補償片的板條放置在直徑26mm，壁厚2mm的鍍鋅管內。并在鎖腳錨管埋設位置的旁邊鉆 孔，將放置有板條的鍍鋅管插入孔中。
[0060] 在測試鎖腳錨管各截面軸向應力和彎矩時，通過在不同截面處粘貼應變片，導線 通過管身圓孔引入鎖腳錨管內部并伸出與應變測試儀連接，利用應變測試儀采用電阻應變 片半橋單臂溫度補償接法測量其軸向應變，利用應變測試儀采用電阻應變片半橋雙臂接法 測量由彎矩引起的壓縮或拉伸應變。
[0061] 實施例：
[0062] 本試驗在銅（銅川）旬（旬邑）高速上源子三號隧道附近現(xiàn)場高陡邊坡進行，以 土質邊坡近似隧道中的圍巖，以鎖腳錨管端頭加載模擬鋼架對錨管的作用力，采用在鎖腳 錨管管壁外粘貼箱式電阻應變片、導線內引的方式測量管身應變，本次試驗的數(shù)據采集系 統(tǒng)為TST3821E無線遙測靜態(tài)應變儀，通過一定的組橋方式測出管身軸向應變、彎矩。
[0063] 本試驗僅研究空心錨管在外荷載作用下管身受力分布特性及變形規(guī)律，鎖腳錨管 下插角分別為0°和15°，采用洛陽鏟鉆孔。鎖腳錨管采用長度3. 5m、直徑42mm、壁厚為4mm 的熱乳無縫鋼管，為使電阻應變片能較好的反映鎖腳錨管的受力特性，如圖7~11所示，測 力錨管按以下步驟進行制作：
[0064] (1)為降低鉆孔對錨管強度的影響，錨管截面圓周上下孔與左右孔應交錯布置。對 于上下孔，從距管端0. 46m處，每隔Im用沖擊鉆在管壁上鉆兩個直徑為2. 5mm的小孔，即沿 深度分別在〇. 46m、I. 46m、2. 46m、3. 46m等4個位置共鉆8個小孔。對于左右孔，從距管端 0. 47m處，每隔Im用沖擊鉆在管壁上鉆兩個直徑為2. 5mm的小孔，即沿深度分別在0. 47m、 1. 47m、2. 47m、3. 47m等4個位置共鉆8個小孔，各深度處應變片導線從相應的小孔中引入。
[0065] (2)對于測試斷面1和測試斷面2,因測試斷面1距錨管端頭為0. 5m，測試斷面2距 錨管端頭為I. 5m，可通過0. 8mm細扎絲直接將導線牽引到錨管端頭，即利用錨管管身上的 小孔把細扎絲穿入錨管管壁內，然后慢慢從錨管端頭穿出，此時將直徑為2_的屏蔽雙絞 線固定在細扎絲的末端，通過牽引細扎絲把導線從管壁外側引入到管壁內側。對于測試斷 面3和測試斷面4,因測試斷面3距錨管端頭為2. 5m，測試斷面4距錨管端頭為3. 5m，不能直 接用細扎絲穿引，但測試斷面3距錨管另一端為I. 5m，測試斷面4距錨管另一端為0. 05m， 可利用0.8mm細扎絲將導線從錨管另一端穿出，然后將導線固定在長4m、直徑為1.5mm的鋼 絲上，將鋼絲順著錨管內壁從錨管底部牽引到錨管端頭，最后將導線在錨管端頭集中引出 并編號為保證測量方便，導線外留長度為2. 5m。
[0066] (3)對鎖腳錨管應變片粘貼位置進行打磨清洗。應變片使用BX120-5AA型箱式電 阻應變片，電阻值為120 Ω，靈敏系數(shù)為2. 08,精度等級為A級，標距為5mmX 3mm。對于鎖腳 錨管應變測點，從距管端0. 5m處，每隔Im沿錨管截面圓周最上、最下、最左和最右端位置對 稱粘貼四片電阻應變片，即沿深度分別在〇. 5m、I. 5m、2. 5m、3. 5m等4個位置共貼16片電阻 應變片。將應變片引出線焊接到接線端子的一端，然后將接線端子的另一端與導線焊接，接 線端子采用302膠黏貼。
[0067] (4)鎖腳錨管所處環(huán)境復雜，且其施工屬于粗放式作業(yè)，因此要對應變片及導線加 以保護。焊接完成后，首先檢查焊接質量，然后在應變片和接線端子表面涂刷一定厚度的環(huán) 氧樹脂保護膠。因鎖腳錨管較長且與圍巖的接觸面大，因此在安設錨管時圍巖與錨管之間 的摩阻力較大，所以在安設鎖腳錨管前在其尾部安裝一個長6cm的錐頭，以便使錨管能較 好的插入預先鉆好的孔位中。
[0068] 對于鎖腳錨管各截面軸向應力的測試，采用電阻應變片半橋單臂溫度補償接法測 量其軸向應變，即四個橋臂上只有一個橋臂接有工作片，此時相鄰橋臂接溫度補償片，以此 消除由溫度引起鎖腳錨管的應變，電阻應變儀電橋線路如圖12、圖13所示，其中,R1為貼在 錨管管壁上的應變片，用來感應其在外力作用下此處的應變；R2為貼在補償塊上的溫度補 償應變片，私和R4為應變儀內置電阻；U pU。分別為輸入電壓和輸出電壓。由于鎖腳錨管長 度較長且放置在土體內，勢必導致每個測點所處的環(huán)境不同，溫度也不相同，為使測量結果 更為準確，補償塊應沿錨管全長在相應測點處布設且不能受力，因此不能利用傳統(tǒng)方法布 設補償塊。為使補償塊材質與錨管相同，利用專業(yè)機床從鎖腳錨管上切割寬度為lcm、長度 與鎖腳錨管相同的板條。為使補償塊不受力且與被測鎖腳錨管所處溫度一致，在與錨管測 點位置相同的板條上粘貼溫度補償片，并將貼有溫度補償片的板條放置在直徑26_、壁厚 為2_的鍍鋅管內。鎖腳錨管在外荷載作用下其管體發(fā)生變形，此時：
[0069] AR1= AR變+ARt (7)
[0070] AR2= ARt (8)
[0071] 將式（7)、⑶帶入式（6)可得：
[0073] 式中，ε丨為錨管測點處的軸向應變。
[0074] 對于鎖腳錨管各截面彎矩的測試，采用電阻應變片半橋雙臂接法測量由彎矩引起 的壓縮或拉伸應變，即四個橋臂上有兩個橋臂接有工作片，兩個工作片采用相鄰橋臂的方 法接入電橋中，這樣可消除其它外力作用產生的應變，因溫度引起的電阻變化值相同，且兩 個工作片采用相鄰橋臂的方法接入電橋中，此時由溫度引起的電阻變化值相互抵消，不需 額外的溫度補償片和補償塊。電阻應變儀電橋線路如圖14、圖15所示：
[0075] 其中，Rp R2分別為貼在錨管管壁圓周最上方、最下方或最左方、最右方的應變片； 私和R 4為應變儀內置電阻，U D U。分別為輸入電壓和輸出電壓。
[0076] 鎖腳錨管在外荷載作用下其管體發(fā)生變形，此時Δ Δ R2分別為：
[0077] Δ R1= Δ R 變 + Δ Rt= Δ R 軸 + Δ R彎 + Δ Rt (10)
[0078] Δ R2= Δ R 變 ' + Δ Rt= Δ R 軸一Δ R彎 + Δ Rt (11)
[0079] 將Δ R1、Δ R2帶入式（6)可得輸出電壓U。為：
[0081] 由式（12)可知，應變儀顯示的應變是彎矩作用下引起應變的2倍，即：
[0082] ε 儀=2ε 彎 （13)
[0083] 根據材料力學原理，可知鎖腳錨管測點處彎矩M為：
[0085] 式中，ε &為應變儀的讀數(shù)，W為錨管的彎曲截面模量，其值為：
[0087] 在此基礎上對鎖腳錨管在豎向荷載作用下的受力特性進行測試分析，得出如下 結論：
[0088] (1)鎖腳錨管下插角為0°時，軸向應變測試時其端頭承受的最大豎向荷載為 14. 3kN，如圖16、圖17所示，此時鎖腳錨管管身對應的最大軸向拉應變?yōu)?609. 84 μ ε，最 大軸向壓應變?yōu)?4877. 81 μ ε。彎矩測試時其端頭承受的最大豎向荷載為14. 3kN，如圖18 所示，此時鎖腳錨管管身對應的最大彎矩為8. 24kN · m。最大軸向拉應變、最大軸向壓應變 和最大彎矩均發(fā)生在靠近鎖腳錨管端頭的同一測試斷面。
[0089] (2)鎖腳錨管下插角為15°時，軸向應變測試時其端頭承受的最大豎向荷載為 11. 7kN，如圖20、圖21所示，此時對應鎖腳錨管管身的最大軸向拉應變?yōu)?354. 9 μ ε、最大 軸向壓應變?yōu)?2529. 58 μ ε。彎矩測試時其端頭承受的最大豎向荷載為12. 8kN，如圖19 所示，此時對應鎖腳錨管管身的最大彎矩為7. 7kN ·πι。最大軸向拉應變、最大軸向壓應變和 最大彎矩均發(fā)生在靠近鎖腳錨管端頭的同一測試斷面。
【主權項】
1. 一種測試隧道鎖腳錨管受力特性的裝置，其特征在于：包括鎖腳錨管本體（I)，所述 的鎖腳錨管本體（1)的一端設置有錐頭（7)，所述的鎖腳錨管本體（1)的圓周上均勻設置有 4個圓孔（2)，每個圓孔（2)的一側粘設有應變片（3)，所述的應變片（3)上連接有接線端子 (4)，所述的接線端子（4)上連接有導線（5)，導線（5)的另一端連接有應變測試儀（6)。2. 根據權利要求1所述的一種測試隧道鎖腳錨管受力特性的裝置，其特征在于：所述 的應變片（3)粘設于錨管本體（1)的外圓周面上。3. 根據權利要求1或2所述的一種測試隧道鎖腳錨管受力特性的裝置，其特征在于： 所述的導線（5)通過圓孔（2)穿設于鎖腳錨管本體（1)的管體內。4. 根據權利要求1所述的一種測試隧道鎖腳錨管受力特性的裝置的測試方法，其特征 在于：所述的測試方法為：通過在鎖腳錨管不同截面處粘貼應變片，導線通過管身圓孔引 入鎖腳錨管內部并伸出與應變測試儀連接，在測試隧道中埋設的鎖腳錨管各截面軸向應力 時，利用應變測試儀采用電阻應變片半橋單臂溫度補償接法測量其軸向應變，在測試隧道 中埋設的鎖腳錨管各截面彎矩時，利用應變測試儀采用電阻應變片半橋雙臂接法測量由彎 矩引起的壓縮或拉伸應變。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種測試隧道鎖腳錨管受力特性的裝置及其測試方法。其應用于設計與施工，可以指導設計，降低施工難度，有利于保證施工安全和隧道結構穩(wěn)定。本發(fā)明的技術方案包括鎖腳錨管本體，其一端設置有錐頭，圓周上均勻設置有4個圓孔，每個圓孔的一側粘設有應變片，所述的應變片上連接有接線端子，所述的接線端子上連接有導線，導線的另一端連接有應變測試儀；其測試方法為：對于鎖腳錨管各截面軸向應力的測試，利用應變測試儀采用電阻應變片半橋單臂溫度補償接法測量其軸向應變，對于鎖腳錨管各截面彎矩的測試，利用應變測試儀采用電阻應變片半橋雙臂接法測量由彎矩引起的壓縮或拉伸應變。
【IPC分類】G01L1/22, G01L3/00
【公開號】CN105181190
【申請?zhí)枴緾N201510697130
【發(fā)明人】陳建勛, 羅彥斌, 李棟, 楊東輝, 于海濤, 刁鵬升
【申請人】長安大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年10月23日