监测预应力锚索运行状态的新型锚索对中架

摘要

本发明提供一种监测预应力锚索运行状态的新型锚索对中架，它包括套筒、前端盖、后端盖、惯导设备、金属杆、弹簧和测力计。套筒和前、后端盖构成一个整体；惯导设备设置在套筒内，用于测量预应力锚索的弯曲变形；测力计穿过前端盖孔伸入套筒内；金属杆经后端盖伸入套筒内；在套筒内，测力计中心轴的端部与金属杆的端部之间套有一弹簧；将惯导设备弹簧、金属杆内置在套筒内后，通过注浆孔注浆，使得套筒外被砂浆所固定，套筒内的部件位置相对固定。本发明利用惯导设备和测力计，实时监测预应力锚索在边坡加固长期运行过程中因岩体变形而导致锚索的受力与变形，为分析锚固边坡的稳定性和安全性，以及预应力锚固系统运行的可靠性及寿命预测提供重要参考。

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测预应力锚索长期运行过程中受力与变形情况的装置，具体地说，本发明涉及一种新型锚索对中架，该锚索对中架可实时监测预应力锚索运行过程中的弯曲变形情况。

背景技术

预应力锚索是岩土工程中边坡支护最常用的技术手段。预应力锚索包括内锚头、锚索体、外锚头。内锚头通过岩体软弱结构面的孔锚入岩体内，外锚头固定在岩体外，内锚头和外锚头之间连接有锚索体。内锚头锚固在岩体内提供预应力的根基，外锚头是锚索借以提供张拉吨位和锁定的部位，锚索体是连接内外锚头的构件，也是张拉力的承受这。锚索体由高强度钢筋、钢绞线或螺纹钢筋构成。预应力锚索通过锚索体将软弱岩层与稳固岩层联在一起，从而改变边坡岩体的应力状态，提高边坡不稳定岩体的整体性和强度。

预应力锚索被埋设在边坡岩体后，需要在其长期运行过程中对其进行监测，保证其运行健康，只有预应力锚索运行健康才能保证边坡运行的安全与稳定。目前，在岩土锚固工程中，对锚索预应力变化进行长期或短期监测的方法是：在锚索外锚头处以及预应力锚索旁的周边岩体内埋设传感器，对锚固系统长期运行状态、运行情况进行监测。

由于目前用于监测和观察的传感器通常都安装在外锚头处(即外锚头垫板与工作锚板之间)；然而研究发现，锚索预应力是沿程变化的，变化规律和规范有很大不同，同时锚索施工过程中不能保证锚索结构是一条直线，所以，目前对于锚索预应力的监测还是主要侧重在锚头部位的应力监测，难以获得锚索深部变形特征信息。这对于预应力锚索的长期运行性状而言，很难能够真实、及时地把握，对于整个边坡的运行状态也难以通过监测数据进行分析。

发明内容

鉴于上述情况，为有效掌握预应力锚固长期运行过程中的受力变形，特别是了解其深部岩体变形特性，本发明的目的是提供一种用于监测预应力锚索运行状态的新型锚索对中架。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种监测预应力锚索运行状态的新型锚索对中架，它包括套筒、前端盖、后端盖、惯导设备、金属杆、弹簧和测力计；

所述套筒和前端盖、后端盖构成一个整体；所述前端盖上开有变形测力孔、穿线孔、注浆孔和惯导孔；

所述惯导设备用于测量预应力锚索的弯曲变形，该惯导设备经所述惯导孔放入所述套筒内，其信号输出线经所述穿线孔穿出；

所述测力计固设在所述前端盖外侧，其中心轴穿过所述前端盖的变形测力孔伸入所述套筒内；所述金属杆经所述后端盖伸入所述套筒内；在所述套筒内，所述测力计的中心轴端部与所述金属杆的端部之间套有所述弹簧，在所述弹簧的外面套有一柔性保护套；

将所述惯导设备、弹簧、金属杆内置在所述套筒内后，通过所述注浆孔注浆，保证所述套筒内的部件位置相对固定。

在本发明较佳实施例中，所述惯导设备包括陀螺仪和重力加速度计；

所述陀螺仪和重力加速度计用于测量预应力锚索的空间姿态，监测预应力锚索的弯曲变形。

在本发明较佳实施例中，该新型锚索对中架包括四个测力计，四根弹簧和四根金属杆；

在所述前端盖上对称地开有四个变形测力孔；

每一个测力计从一个所述前端盖的变形测力孔插入所述套筒内；每一个金属杆分别穿过所述后端盖；在所述套筒内，所述测力计中心轴的端部和所述金属杆的端部之间设有一根所述弹簧；

当预应力锚索弯曲变形时，四个所述变形测力设备所产生的变形和轴力是不同的，通过分析四个测力孔中所述测力计的数值，能够得出锚索弯曲变形的大小和方向。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明侧视图；

图3为本发明变形测力部分局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本发明的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本发明的特征显而易见。

如图1、图2所示，本发明公开的新型锚索对中架包括套筒1、前端盖2、后端盖3、惯导设备4、金属杆5、弹簧6和测力计7。

套筒1可以是金属套筒，也可以是非金属塑料套筒。套筒1和前端盖2、后端盖3构成一个整体，惯导设备4、金属杆5和弹簧6设置在套筒1内；测力计7固定在前端盖2外侧。

如图所示，前端盖上开有变形测力孔8、穿线孔9、注浆孔10和惯导孔11。所述惯导设备4用于测量预应力锚索的弯曲变形，其经惯导孔11放入套筒1内，其信号输出线经穿线孔9输出。

在本发明具体实施例中，所述惯导设备4包括陀螺仪和重力加速度计。陀螺仪和重力加速度计用来测量预应力锚索的空间姿态，如通过陀螺仪和重力加速度计测量预应力锚索在X、Y、Z轴方向上的倾角变化，从而可以计算预应力锚索某一测点的空间位移。陀螺仪和重力加速度计的信号输出线经穿线孔9输出。

如图1和图2所示，测力计7固设在前端盖2外侧，其中心轴穿过前端盖2的变形测力孔8伸入套筒1内，金属杆5经后端盖3伸入套筒1内。在套筒内，测力计7中心轴的端部与金属杆5的端部之间套有一弹簧6，在弹簧6的外面套有一柔性保护套12。

将惯导设备、弹簧、金属杆内置在套筒内后，通过注浆孔10注浆，使得套筒外被砂浆所固定，套筒内的部件位置相对固定。为进一步将测力计7和金属杆5固定，可通过固定装置例如螺母13将测力计7和金属杆5分别与前端盖2和后端盖3固定在一起。

将预应力锚索中由钢绞线组成的锚索体固定在本发明新型锚索对中架的套筒外，埋设在岩体中。本发明利用构成惯导设备的陀螺仪和重力加速度计，对预应力锚索的运行状态，特别是在预应力锚索运行过程中，因岩体变形而导致的预应力锚索的弯曲变形情况进行实时监测，结合运行载体初始惯性信息，通过高速积分获得运动载体的姿态及位置等信息，再和锚索初始姿态和位置信息分析对比后，从而对预应力锚索的偏转进行实时量测。同时，本发明利用测力计测量锚索弯曲变形的大小及方向。

如图2所示，在本发明的具体实施例中，本发明包括四个测力计7，四根弹簧6和四根金属杆5。在前端盖2和后端盖3上对称地开有四个变形测力孔8。每一个测力计7从一个前端盖的变形测力孔插入套筒1内；每一个金属杆5分别穿过后端盖3；在套筒内，测力计中心轴的端部和金属杆的端部之间设有弹簧。当预应力锚索弯曲变形时，四个变形测力设备所产生的变形和轴力是不同的，通过分析四个测力孔中测力计的数值，能够得出锚索弯曲变形的大小和方向。

本发明有效地解决了锚固工程中存在的预应力锚索深部受力常规手段无法有效监测的问题。本发明利用惯导设备和变形监测设备，实时监测预应力锚索在边坡加固长期运行过程中的受力与变形，以及因岩体变形而导致锚索的响应变形，得到锚索变形的大小与方向，利用陀螺仪和重力加速度计获得的角速度和加速度数据，分析计算得到锚索受力以及空间变形信息，进而可以推求边坡真实的三维变形场，为分析加固边坡的稳定性和安全性提供重要参考依据，同时也能够得到锚固系统的实时运行性状信息，为预应力锚固系统的运行可靠性以及寿命预测提供重要参考。本发明应用于实际工程，将会取得显著的经济效益与社会效益。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。