一种全自动检测平面内蜂窝钢拱承载力的装置及检测方法

摘要

一种全自动检测平面内蜂窝钢拱承载力的装置，包括机架、水平加载机构、竖向加载机构和数据采集仪，两套水平加载机构分别对称设置在机架两端部，包括第一水平驱动装置、铰座机构和沉降测量装置，第一水平驱动装置通过铰座机构与蜂窝钢拱的端部相连；沉降测量装置设置在竖向加载机构与铰座机构之间；竖向加载机构包括龙门架、上施压装置及下支撑机构；数据采集仪的信号输入端分别与沉降测量装置、压力传感器及位移传感器电连接；本发明还包括检测方法，所述检测方法包括以下步骤：夹紧蜂窝钢拱；向其施加竖向载荷；根据测量的数据获得跨中荷载位移曲线，得到极限荷载。本发明的有益效果是：监测蜂窝钢拱上各部位数据，方便得到极限荷载，操作简单。

说明书

技术领域

本发明涉及蜂窝钢拱检测技术领域，尤其涉及一种全自动检测平面内蜂窝钢拱承载力的装置及检测方法。

背景技术

钢拱架支护是采用型钢成形后加固地下工程的支护措施，现有的蜂窝钢拱在使用前需要对其进行随机的承载力检测，由于现有的检测机构只能对单一种规格的蜂窝钢拱进行检测，对于一些较小的或者较大的蜂窝钢拱难以进行检测，使用存在的局限性较大，使用存在不足，为此我们提出一种全自动检测平面内蜂窝钢拱承载力的装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种可以监测蜂窝钢拱上各部位数据，方便得到极限荷载、装置操作简单、使用方便的全自动检测平面内蜂窝钢拱承载力的装置及检测方法。

本发明所述的一种全自动检测平面内蜂窝钢拱承载力的装置，其特征在于，包括：

机架，顶部具有一试验平面，并在所述试验平面的两端部均开设有第一滑槽；

水平加载机构，共两套，分别对称设置在所述机架的两端部，包括第一水平驱动装置、连接在蜂窝钢拱端部的铰座机构和沉降测量装置，所述第一水平驱动装置设置在所述第一滑槽旁，所述第一水平驱动装置的直线运动端伸入所述第一滑槽内，并沿第一滑槽直线滑动，用于向铰座机构提供水平驱动力；所述铰座机构的下部与所述第一水平驱动装置的直线运动端铰接，上部与所述蜂窝钢拱的端部相连；所述沉降测量装置设置在竖向加载机构与同侧的铰座机构之间，其检测头与铰座机构接触，用于测量铰座机构的沉降情况；

竖向加载机构，包括悬于蜂窝钢拱上方的龙门架、向蜂窝钢拱顶部施加竖向载荷的上施压装置、以及支撑在蜂窝钢拱底部的下支撑机构，所述龙门架横跨两所述第一滑槽，其底部固连于所述试验平面上，所述龙门架的横梁的内顶部沿横梁轴向开设有第三滑槽，用于安装上施压装置；所述上施压装置包括第二水平驱动装置、竖向千斤顶和压力传感器，所述第二水平驱动装置水平安装于所述龙门架的横梁上，并且所述第二水平驱动装置的水平驱动端与所述竖向千斤顶的顶部固连，用于带动所述竖向千斤顶沿所述横梁轴向水平移动；所述压力传感器安装于所述竖向千斤顶的底部伸缩端，并且所述压力传感器的检测端与所述蜂窝钢拱顶面接触，用于测量所述蜂窝钢拱所受的竖向载荷；所述下支撑机构设置在两所述第一滑槽之间的所述试验平面上，包括升降装置、支撑装置和位移传感器，所述升降装置垂直安装于所述试验平面上，其升降端与所述支撑装置的底部固连，用于驱动所述支撑装置垂直升降；所述位移传感器安装在所述支撑装置的顶部，其竖向检测头与所述蜂窝钢拱的底部接触，用于测量蜂窝钢拱竖向位移以获取蜂窝钢拱的竖向挠度；

以及数据采集仪，其信号输入端分别与所述沉降测量装置的信号输出端、压力传感器的信号输出端以及位移传感器的信号输出端电连接。

进一步，所述第一水平驱动装置包括第一电机、第一丝杆、第一滑块和安装座，所述第一电机的输出轴插入第一滑槽的内部并连接有第一丝杆；所述第一丝杆可转动地安装在所述第一滑槽内；所述第一滑块套设于所述第一丝杆的外部，并与所述第一丝杆螺纹连接；所述第一滑块上安装有安装座，所述安装座的内部安装有用于铰接所述铰座机构的转轴。

进一步，每套所述铰座机构配装一套所述沉降测量装置，所述沉降测量装置包括第一液压缸和千分表，所述第一液压缸安装在龙门架的竖向支撑柱内部，所述第一液压缸的活塞杆的侧面安装有千分表，并且所述千分表的检测头与铰座机构接触；所述千分表的信号输出端与所述数据采集仪的信号输入端电连接。

进一步，所述铰座机构包括转动套接在转轴上的铰座，所述铰座的顶部开设有第二滑槽，所述第二滑槽的内部转动连接有第一螺纹杆，所述第一螺纹杆的两端均通过螺纹连接有第一夹板，且所述第一夹板与第二滑槽滑动连接。。

进一步，所述第一螺纹杆的两端的螺纹旋向相反，所述第一螺纹杆的侧面安装有第一旋钮。

进一步，所述第二水平驱动装置包括第二电机、第二丝杆以及第二滑块，所述第二电机安装在所述龙门架的横梁端部，并且所述第二电机的输出轴插入所述第三滑槽的内部并连接所述第二丝杆；所述第二丝杆沿所述第三滑槽轴向水平安装在所述第三滑槽中；所述第二滑块套设在所述第二丝杆上，并与所述第二丝杆螺纹连接；所述第二滑块与所述竖向千斤顶的顶部固连，用于带动所述竖向千斤顶沿所述第二丝杆轴向水平滑动。

进一步，所述升降装置包括壳体、第二液压缸以及活动杆，所述壳体安装在所述机架的顶部；所述第二液压缸竖直安装于所述壳体的内部，其活塞杆的顶部安装有活动杆；所述活动杆的顶部安装有支撑机构。

进一步，所述支撑装置包括安装在活动杆顶部的支撑板，所述支撑板的顶部的两端均开设有第四滑槽，所述第四滑槽的内部转动连接有第二螺纹杆，所述第二螺纹杆的两端均通过螺纹连接有第二夹板；所述第二螺纹杆的两端的螺纹旋向相反，所述第二夹板与第四滑槽滑动连接，所述第二螺纹杆的侧面安装有第二旋钮。

进一步，所述蜂窝钢拱上安装有若干组应变计，所述应变计的信号输出端与所述数据采集仪的信号输入端电连接，用于用来监测蜂窝钢拱开口处的应变变化情况。

采用本发明所述的一种全自动检测平面内蜂窝钢拱承载力的装置进行的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：启动第一电机，第一电机的输出轴带动第一丝杆转动，第一丝杆通过螺纹传动带动第一滑块，第一滑块通过安装座带动铰座机构运动，旋转第一旋钮使第一螺纹杆旋转，由于第一螺纹杆两端的螺纹旋向相反，第一螺纹杆通过螺纹传动带动第一夹板互相靠近，第一夹板夹紧蜂窝钢拱；

S2：启动第二电机、第一液压缸、竖向千斤顶和第二液压缸，第一液压缸的活塞杆带动千分表运动，直至千分表的检测头与铰座接触，第二电机的输出轴带动第二丝杆转动，第二丝杆通过螺纹传动带动第二滑块运动，使第二滑块位于蜂窝钢拱的正上方，竖向千斤顶的活塞杆带动压力传感器向下与蜂窝钢拱相接触，第二液压缸的活塞杆带动活动杆向上，活动杆通过支撑装置带动位移传感器，使位移传感器的竖向检测头与蜂窝钢拱的底部接触；

S3：旋转第二旋钮，第二旋钮带动第二螺纹杆旋转，由于第二螺纹杆两端的螺纹旋向相反，第二夹板互相靠近并夹住蜂窝钢拱；

S4：在检测过程中，千分表、压力传感器、位移传感器和应变计与数据采集仪相连，启动竖向千斤顶，竖向千斤顶带动压力传感器对蜂窝钢拱进行施加竖向载荷，压力传感器获取载荷数值，荷载分级施加，每级荷载施加完成后，稳定10min，为了使变形和应变充分发展，底部的位移传感器获取竖向挠度，应变计监测蜂窝钢拱开口处的应变变化情况，两组千分表在每施加一级荷载后记录一次数据，监测铰座的沉降情况，由于铰座限制了三个方向的平动，仅绕着安装座发生转动，力、位移、应变数据均由数据采集仪记录，直至试件丧失承载能力，将数据采集仪采集的数据进行处理，获得跨中荷载位移曲线，得到极限荷载。

本发明的有益效果是：通过设置的千分表、压力传感器、位移传感器和应变计，监测蜂窝钢拱上各部位数据，方便得到极限荷载，装置操作简单，使用十分方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的铰座结构的整体图；

图3为图1的A部分放大示意图；

图4为本发明的支撑装置的俯视图。

图中：1机架、2第一滑槽、3第一电机、4第一丝杆、5第一滑块、6安装座、7转轴、8铰座机构、81铰座、82第二滑槽、83第一螺纹杆、84第一夹板、9第一液压缸、10千分表、11蜂窝钢拱、12龙门架、13第三滑槽、14第二电机、15第二丝杆、16第二滑块、17千斤顶、18压力传感器、19壳体、20第二液压缸、21活动杆、22支撑装置、221支撑板、222第四滑槽、223第二螺纹杆、224第二夹板、23位移传感器、24数据采集仪。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

参照附图：

实施例1本发明所述的一种全自动检测平面内蜂窝钢拱承载力的装置，包括：

机架1，顶部具有一试验平面，并在所述试验平面的两端部均开设有第一滑槽2；

水平加载机构，共两套，分别对称设置在所述机架1的两端部，包括第一水平驱动装置、连接在蜂窝钢拱11端部的铰座机构8和沉降测量装置，所述第一水平驱动装置设置在所述第一滑槽2旁，所述第一水平驱动装置的直线运动端伸入所述第一滑槽2内，并沿第一滑槽2直线滑动，用于向铰座机构8提供水平驱动力；所述铰座机构8的下部与所述第一水平驱动装置的直线运动端铰接，上部与所述蜂窝钢拱11的端部相连；所述沉降测量装置设置在竖向加载机构与同侧的铰座机构8之间，其检测头与铰座机构8接触，用于测量铰座机构8的沉降情况；

竖向加载机构，包括悬于蜂窝钢拱11上方的龙门架12、向蜂窝钢拱11顶部施加竖向载荷的上施压装置、以及支撑在蜂窝钢拱11底部的下支撑机构，所述龙门架12横跨两所述第一滑槽2，其底部固连于所述试验平面上，所述龙门架12的横梁的内顶部沿横梁轴向开设有第三滑槽13，用于安装上施压装置；所述上施压装置包括第二水平驱动装置、竖向千斤顶17和压力传感器18，所述第二水平驱动装置水平安装于所述龙门架12的横梁上，并且所述第二水平驱动装置的水平驱动端与所述竖向千斤顶17的顶部固连，用于带动所述竖向千斤顶17沿所述横梁轴向水平移动；所述压力传感器18安装于所述竖向千斤顶17的底部伸缩端，并且所述压力传感器18的检测端与所述蜂窝钢拱11顶面接触，用于测量所述蜂窝钢拱11所受的竖向载荷；所述下支撑机构设置在两所述第一滑槽2之间的所述试验平面上，包括升降装置、支撑装置22和位移传感器23，所述升降装置垂直安装于所述试验平面上，其升降端与所述支撑装置22的底部固连，用于驱动所述支撑装置22垂直升降；所述位移传感器23安装在所述支撑装置22的顶部，其竖向检测头与所述蜂窝钢拱11的底部接触，用于测量蜂窝钢拱11竖向位移以获取蜂窝钢拱11的竖向挠度；

以及数据采集仪24，其信号输入端分别与所述沉降测量装置的信号输出端、压力传感器18的信号输出端以及位移传感器23的信号输出端电连接。

进一步，所述第一水平驱动装置包括第一电机3、第一丝杆4、第一滑块5和安装座6，所述第一电机3的输出轴插入第一滑槽2的内部并连接有第一丝杆4；所述第一丝杆4可转动地安装在所述第一滑槽2内；所述第一滑块5套设于所述第一丝杆4的外部，并与所述第一丝杆4螺纹连接；所述第一滑块5上安装有安装座6，所述安装座6的内部安装有用于铰接所述铰座机构8的转轴7。

进一步，每套所述铰座机构8配装一套所述沉降测量装置，所述沉降测量装置包括第一液压缸9和千分表10，所述第一液压缸9安装在龙门架12的竖向支撑柱内部，所述第一液压缸9的活塞杆的侧面安装有千分表10，并且所述千分表10的检测头与铰座机构8接触；所述千分表10的信号输出端与所述数据采集仪24的信号输入端电连接。

进一步，所述铰座机构8包括转动套接在转轴7上的铰座81，所述铰座81的顶部开设有第二滑槽82，所述第二滑槽82的内部转动连接有第一螺纹杆83，所述第一螺纹杆83的两端均通过螺纹连接有第一夹板84，且所述第一夹板84与第二滑槽82滑动连接。。

进一步，所述第一螺纹杆83的两端的螺纹旋向相反，所述第一螺纹杆83的侧面安装有第一旋钮。

进一步，所述第二水平驱动装置包括第二电机14、第二丝杆15以及第二滑块16，所述第二电机14安装在所述龙门架12的横梁端部，并且所述第二电机14的输出轴插入所述第三滑槽13的内部并连接所述第二丝杆15；所述第二丝杆15沿所述第三滑槽13轴向水平安装在所述第三滑槽13中；所述第二滑块16套设在所述第二丝杆15上，并与所述第二丝杆15螺纹连接；所述第二滑块16与所述竖向千斤顶17的顶部固连，用于带动所述竖向千斤顶17沿所述第二丝杆15轴向水平滑动。

进一步，所述升降装置包括壳体19、第二液压缸20以及活动杆21，所述壳体19安装在所述机架1的顶部；所述第二液压缸20竖直安装于所述壳体19的内部，其活塞杆的顶部安装有活动杆21；所述活动杆21的顶部安装有支撑机构22。

进一步，所述支撑装置22包括安装在活动杆21顶部的支撑板221，所述支撑板221的顶部的两端均开设有第四滑槽222，所述第四滑槽222的内部转动连接有第二螺纹杆223，所述第二螺纹杆223的两端均通过螺纹连接有第二夹板224；所述第二螺纹杆223的两端的螺纹旋向相反，所述第二夹板224与第四滑槽222滑动连接，所述第二螺纹杆223的侧面安装有第二旋钮。

进一步，所述蜂窝钢拱11上安装有若干组应变计，所述应变计的信号输出端与所述数据采集仪24的信号输入端电连接，用于用来监测蜂窝钢拱11开口处的应变变化情况。

实施例2采用本发明所述的一种全自动检测平面内蜂窝钢拱承载力的装置进行的检测方法，包括以下步骤：

S1：启动第一电机3，第一电机3的输出轴带动第一丝杆4转动，第一丝杆4通过螺纹传动带动第一滑块5，第一滑块5通过安装座6带动铰座机构8运动，旋转第一旋钮使第一螺纹杆83旋转，由于第一螺纹杆83两端的螺纹旋向相反，第一螺纹杆83通过螺纹传动带动第一夹板84互相靠近，第一夹板84夹紧蜂窝钢拱11；

S2：启动第二电机14、第一液压缸9、竖向千斤顶17和第二液压缸20，第一液压缸9的活塞杆带动千分表10运动，直至千分表10的检测头与铰座81接触，第二电机14的输出轴带动第二丝杆15转动，第二丝杆15通过螺纹传动带动第二滑块16运动，使第二滑块16位于蜂窝钢拱11的正上方，竖向千斤顶17的活塞杆带动压力传感器18向下与蜂窝钢拱11相接触，第二液压缸20的活塞杆带动活动杆21向上，活动杆21通过支撑装置22带动位移传感器23，使位移传感器23的竖向检测头与蜂窝钢拱11的底部接触；

S3：旋转第二旋钮，第二旋钮带动第二螺纹杆223旋转，由于第二螺纹杆223两端的螺纹旋向相反，第二夹板224互相靠近并夹住蜂窝钢拱11；

S4：在检测过程中，千分表10、压力传感器18、位移传感器23和应变计与数据采集仪24相连，启动竖向千斤顶17，竖向千斤顶17带动压力传感器28对蜂窝钢拱11进行施加竖向载荷，压力传感器18获取载荷数值，荷载分级施加，每级荷载施加完成后，稳定10min，为了使变形和应变充分发展，底部的位移传感器23获取竖向挠度，应变计监测蜂窝钢拱11开口处的应变变化情况，两组千分表10在每施加一级荷载后记录一次数据，监测铰座81的沉降情况，由于铰座限制了三个方向的平动，仅绕着安装座6发生转动，力、位移、应变数据均由数据采集仪24记录，临近极限荷载时，仅仅增加一点荷载，就会产生很大的竖向变形，过了极限荷载数值，荷载数值降低，但变形仍然在增加，变化剧烈，此时实验结束，试件丧失承载能力，将数据采集仪24采集的数据进行处理，获得跨中荷载位移曲线，得到极限荷载。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。