靠近鎖腳錨管一端的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上。
[0044] 本發(fā)明加載裝置用于給鎖腳錨管進(jìn)行加載，該加載方法的具體步驟為：
[0045] 首先，孔位鉆孔及鎖腳錨管的安設(shè)。
[0046] 孔位鉆孔：在預(yù)先選定好的試驗(yàn)場地或隧道斷面處，選擇打孔位置，打孔的位置根 據(jù)加載裝置高度和鎖腳錨管打設(shè)角度確定，孔位之間的中心距離應(yīng)保持在60cm以上，鉆孔 深度根據(jù)試驗(yàn)用鎖腳錨管的長度確定，鉆孔的深度為錨管長度減去35cm，孔位定好后采用 洛陽鏟或鉆孔機(jī)械鉆深孔，為保證鎖腳錨管打設(shè)角度與實(shí)驗(yàn)方案預(yù)設(shè)相同，可通過扣件結(jié) 合架管來實(shí)現(xiàn)，即每個(gè)孔位沿縱向搭設(shè)兩道橫梁，通過調(diào)整前后橫梁之間的高度確定錨管 打設(shè)角度，如圖1所示。鉆孔時(shí)應(yīng)保證孔腔順直平滑，不應(yīng)出現(xiàn)彎曲或偏位。
[0047] 鎖腳錨管安設(shè)：進(jìn)行鎖腳錨管安設(shè)時(shí)，應(yīng)先將不設(shè)電阻應(yīng)變片的錨管人工插入鉆 孔內(nèi)，待孔腔順直平滑后取出，以應(yīng)變片受到雜物而損壞，再將貼有電阻應(yīng)變片的鎖腳錨管 緩慢送入鉆孔內(nèi)，安放鎖腳錨管時(shí)注意將管身圓周最上端、最下端平面與孔位最上端、最下 端平面盡量重合，以便更好的反映管身橫截面最大軸向應(yīng)變和彎矩。
[0048] 然后，用加載裝置對鎖腳錨管進(jìn)行加載：
[0049] 加載裝置和反力裝置是兩個(gè)單獨(dú)的構(gòu)件，加載裝置利用杠桿原理采用千斤頂進(jìn)行 加載，橫梁和立柱是整個(gè)加載裝置的主要受力部分。對于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用方箱鋼結(jié)構(gòu)形式來 保證其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；采用連接件二消除千斤頂與橫梁的接觸問題；橫梁與鎖腳錨管端頭采 用連接件一連接，其一端與鎖腳錨管端頭連接，另一端與橫梁連接。為確保鎖腳錨管受力方 向與橫梁垂直，將連接件一兩端制作成鉸接形式，即隨著橫梁的轉(zhuǎn)動特制連接件一受力方 向始終與橫梁垂直?？紤]到試驗(yàn)設(shè)計(jì)荷載及現(xiàn)場條件的要求，采用以配重反力為基礎(chǔ)的反 力裝置。
[0050] 如圖2所示，試驗(yàn)時(shí)先將加載裝置用重錘懸掛法置于鎖腳錨管正下方，把橫梁固 定在立柱上，千斤頂就位，將加載裝置連接件一 7的異形體二15的上圓環(huán)穿入鎖腳錨管的 伸出端，用帶油表的油壓千斤頂頂起連接件二6;然后在反力裝置的空心方鋼上堆載重物 組成配重反力裝置，通過方鋼上堆載重物的下壓力平衡作用于鎖腳錨管端頭的作用力。此 時(shí)整個(gè)加載系統(tǒng)組裝完畢。
[0051] 由于鎖腳錨管試驗(yàn)多在黃土隧道中進(jìn)行，在每級荷載作用下鎖腳錨管很容易趨于 穩(wěn)定，因此試驗(yàn)加荷方式采用快速維持荷載法。試驗(yàn)時(shí)采用一臺手動立式帶表油壓千斤頂 提供外力，通過杠桿原理將千斤頂上頂力傳遞到鎖腳錨管端頭。根據(jù)千斤頂?shù)挠蛪罕碜x數(shù) 對鎖腳錨管進(jìn)行逐級加載，每級荷載增加0. 5MPa，測定鎖腳錨管在該荷載作用下的受力特 性，然后進(jìn)行下一級加載。當(dāng)鎖腳錨管端頭豎向位移急劇下降且累計(jì)豎向位移達(dá)20cm，或電 阻應(yīng)變片所測得的應(yīng)變急劇變化時(shí)，即終止加載。
[0052] 鎖腳錨管端頭豎向荷載與油壓千斤頂頂力關(guān)系如下：
[0053] 假設(shè)油壓千斤頂?shù)纳享斄镕千，鎖腳錨管端頭作用力為Fis，且F千與Fis力矩之比 為2:1，其受力如圖3所示，由結(jié)構(gòu)力學(xué)可知：
[0054]
[0055] 其中Θ為Fis與F+的夾角，Θ由兩部分組成，鎖腳錨管沒有發(fā)生水平位移 時(shí)的角度，此時(shí)sinΘ 鎖腳錨管端頭豎向位移與杠桿桿臂2L的比值，在加載過程中，鎖 腳錨管端頭豎向位移為變量，其量值隨著加載的持續(xù)而變大，杠桿桿臂2L為定值，因此在 加載過程中需對鎖腳錨管端頭豎向位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。對于θ2,sin02為鎖腳錨管端頭 水平位移與開孔構(gòu)件長度的比值，在加載過程中，鎖腳錨管端頭水平位移為變量，開孔特制 構(gòu)件為定值，因此在加載過程中需對鎖腳錨管端頭水平位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。Fiss、FiS7X分別 為：
[0056]
[0057] 實(shí)施例：
[0058] 本次試驗(yàn)主要測試鎖腳錨管的受力特性及端頭位移，試驗(yàn)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(jìn)行，以土質(zhì)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，來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，不考慮注漿效果的影響。本次試驗(yàn)加載的主要步驟如下：
[0059] 步驟一：對現(xiàn)場場地進(jìn)行布置。試驗(yàn)前首先對打孔處邊坡進(jìn)行適當(dāng)刷坡處理，然后 清除鉆孔位置附近及下方的表層土，最后將地基夯實(shí)并整平，防止加載、堆載過程中基礎(chǔ)結(jié) 構(gòu)下陷。
[0060] 步驟二：進(jìn)行孔位鉆孔與鎖腳錨管安設(shè)。本次試驗(yàn)鎖腳錨管采用長度3. 5m、直徑 42_、壁厚為4_的熱乳無縫鋼管，錨管預(yù)設(shè)下插角分別為0°、15°、30°、45°和60°，因 試驗(yàn)現(xiàn)場沒有成孔設(shè)備且高陡邊坡坡腳下方為碎石土，最終采用洛陽鏟鉆孔，且下插角分 別選取0°和15°。孔位定好后采用長3. 8m的洛陽鏟鉆四個(gè)直徑50mm、長3. 3m的深孔，其 中兩個(gè)孔位下插角為0°，另兩個(gè)孔位下插角為15°。然后待孔腔順直平滑后再將貼有電 阻應(yīng)變片的鎖腳錨管緩慢送入鉆孔內(nèi)，如圖4所示。
[0061] 步驟三：加載裝置及反力裝置組裝。加載裝置和反力裝置是兩個(gè)單獨(dú)的構(gòu)件，通過 組合使兩者成為一體。首先將基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用重錘懸掛法置于鎖腳錨管正下方，然后把橫梁 固定在立柱上，千斤頂就位。然后將方形枕木對稱置于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，同時(shí)將反力裝置中 的四根空心方鋼固定在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)指定的位置，方鋼沿基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)兩側(cè)各伸出1. 75m。最后在方 鋼兩側(cè)對稱堆載重物以提供反壓作用，堆載重物就地取材，采用編織袋裝土提供反壓，此時(shí) 整個(gè)加載系統(tǒng)組裝完畢，如圖5、圖6所示。
[0062] 步驟四：對鎖腳錨管進(jìn)行加載。如圖7所示，本次試驗(yàn)用一臺QYL32手動立式帶表 油壓千斤頂提供外力。帶表油壓千斤頂技術(shù)指標(biāo)如下：最大起重量為32噸，最大起重高度 為180mm，油表最小刻度尺為0. 5MPa，量程為lOOMPa，精度為0. 4級，標(biāo)定后油表IMPa對應(yīng) 的荷載為〇. 4405噸。利用千斤頂對鎖腳錨管進(jìn)行分級加載，每級加載0. 5MPa，當(dāng)千斤頂油 表示數(shù)增加到7MPa時(shí)，終止加載。
[0063]結(jié)論：隨著加載等級的不斷增大錨管端頭豎向位移也隨之增大，管周土出現(xiàn)剝離 和變形，錨管開始發(fā)生彎曲變形。試驗(yàn)加載完畢后將鎖腳錨管拔出，經(jīng)測量對比可知，鎖腳 錨管僅在靠近端頭位置發(fā)生嚴(yán)重的豎向變形，如圖8所示。對于0°下插角從距端頭45cm 處開始發(fā)生屈曲變形，對于15°下插角從距端頭37cm處開始發(fā)生屈曲變形。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種模擬黃土隧道鎖腳錨管端頭受力的加載裝置，其特征在于：包括加荷裝置和反 力裝置，加荷裝置的結(jié)構(gòu)包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（1)、斜撐（2)和立柱（3)，所述的立柱（3)和支撐 (2)分別設(shè)置有兩個(gè)，并且相垂直焊接，兩個(gè)立柱（3)之間還設(shè)置有支撐板，所述的兩個(gè)立 柱（3)頂部中間設(shè)置有與其相活動連接的橫梁（4)，橫梁（4)的一端設(shè)置有連接件一（7)， 另一端設(shè)置有連接件二（6)，所述的斜撐（2)和立柱（3)的底部與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（1)的上表面連 接； 所述的反力裝置的結(jié)構(gòu)包括4個(gè)空心方鋼（8)和4個(gè)方形枕木（9)，平行設(shè)置的4個(gè)方 形枕木（9)的兩端分別對稱設(shè)置有與其相垂直連接的2個(gè)空心方鋼（8); 所述的反力裝置的4個(gè)空心方鋼（8)設(shè)置于加荷裝置的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（1)的上表面，基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)（1)上還設(shè)置有千斤頂（5)，所述的4個(gè)空心方鋼（8)與千斤頂（5)分別設(shè)置于基礎(chǔ)結(jié) 構(gòu)（1)的兩側(cè)，千斤頂（5)的上端與連接件二（6)連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬黃土隧道鎖腳錨管端頭受力的加載裝置，其特征在 于：所述的連接件一（7)的結(jié)構(gòu)包括"T"型柱一（10)、空心圓柱與梯形板相連接為一體的 異形體一（11)、"T"型柱二（12)、圓環(huán)一（13)、圓環(huán)二（14)和通過連接塊連接兩個(gè)相垂直 圓環(huán)的異形體二（15)，所述的"T"型柱一（10)穿設(shè)于異形體一（11)的空心圓柱內(nèi)，圓環(huán) 一（13)和圓環(huán)二（14)中穿設(shè)"T"型柱二（12)并與異形體一（11)的梯形板焊接相切，所 述的異形體二（15)中穿設(shè)"T"型柱二（12)并設(shè)置于圓環(huán)一（13)和圓環(huán)二（14)的中間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬黃土隧道鎖腳錨管端頭受力的加載裝置，其特征在 于：所述的連接件二（6)的結(jié)構(gòu)包括倒"T"型柱三（16)，所述的倒"T"型柱三（16)的上端 穿設(shè)有與其相垂直連接的"T"型柱四（17)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬黃土隧道鎖腳錨管端頭受力的加載裝置，其特征在 于：所述的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（1)的形狀的矩形箱，材質(zhì)為鋼。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬黃土隧道鎖腳錨管端頭受力的加載裝置，其特征在 于：所述的千斤頂為帶油表的油壓千斤頂。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬黃土隧道鎖腳錨管端頭受力裝置的使用方法，其特 征在于：所述的使用方法的步驟為： 首先，孔位鉆孔及鎖腳錨管的安設(shè)； 孔位鉆孔：在預(yù)先選定好的試驗(yàn)場地或隧道斷面處，選擇打孔位置，打孔的位置應(yīng)與加 載裝置的高度一致，孔位之間的中心距離應(yīng)保持在60cm以上，鉆孔的深度為錨管長度減去 35cm，然后采用洛陽鏟或鉆孔機(jī)械鉆深孔，鉆孔的角度通過扣件結(jié)合架管來實(shí)現(xiàn)，即每個(gè)孔 位沿縱向搭設(shè)兩道橫梁，通過調(diào)整前后橫梁之間的高度來確定錨管打設(shè)角度； 鎖腳錨管安設(shè)：進(jìn)行鎖腳錨管安設(shè)時(shí)，應(yīng)先將不粘貼電阻應(yīng)變片的錨管人工插入鉆孔 內(nèi)待孔腔順直平滑后取出，再將貼有電阻應(yīng)變片的鎖腳錨管緩慢送入鉆孔內(nèi)，安放鎖腳錨 管時(shí)注意將管身圓周最上端、最下端平面與孔位最上端、最下端平面重合； 然后，用加載裝置對鎖腳錨管進(jìn)行加載： 將加載裝置連接件一 7的異形體二15的上圓環(huán)穿入鎖腳錨管的伸出端，用帶油表的油 壓千斤頂頂起連接件二6,根據(jù)千斤頂?shù)挠蛪罕碜x數(shù)對鎖腳錨管進(jìn)行逐級加載，每級荷載增 加0. 5MPa，用電測法測定鎖腳錨管在該荷載作用下的受力特性，然后進(jìn)行下一級加載，當(dāng)鎖 腳錨管的伸出端豎向位移急劇下降且累計(jì)豎向位移達(dá)20cm，或電阻應(yīng)變片所測得的應(yīng)變急 劇變化時(shí)，即終止加載。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種模擬鎖腳錨管端頭受力的加載裝置及其使用方法，其基于杠桿原理，有針對性的提出了一種模擬隧道鎖腳錨管端頭受力的加載方法，來模擬鋼架對錨管的作用力。利用此種方法通過油壓千斤頂按一定應(yīng)力等級加載，可以分析鎖腳錨管在不同級別豎向荷載作用下的力學(xué)特性和破壞機(jī)理，且加載裝置基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不會發(fā)生較大的傾覆及變形，有效的保證了加載的穩(wěn)定性和可靠性。
【IPC分類】G01M13/00
【公開號】CN105241648
【申請?zhí)枴緾N201510697264
【發(fā)明人】羅彥斌, 陳建勛, 李棟, 楊東輝, 于海濤, 刁鵬升
【申請人】長安大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月23日