长期测力锚具装置、锚固结构的制作方法

1.本实用新型涉及岩土锚固技术领域，具体涉及长期测力锚具装置、锚固结构。


背景技术：

2.锚杆支护技术在地下工程、边坡工程、结构抗浮工程等传统应用有着强劲的发展，另外在近年来兴起的重力坝加固工程、桥梁工程以及抗倾覆、抗地震工程中也有了充分的进展，加宽了其应用面积，比如近年的社会发展中，高速铁路、跨海大桥、海底隧道等都有应用。
3.目前锚杆的轴力状态检测主要采用实测的方法，实测时采用测力锚杆，包括电阻应变式测力锚杆、电感式测力锚杆、钢弦式测力锚杆；以上所述方法需要在锚杆体或钢绞线上通过特殊手段安装传感器，安装复杂，费时费力，且内置传感器容易发生损坏，无法实现长期监测。
4.鉴于此，需要提出一种操作简便，能长期稳定监测锚杆轴力变化趋势并能及时预警的方法。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术的不足，本实用新型的主要目的是提供一种长期测力锚具装置、锚固结构，以解决现有技术中的一个或多个问题。
6.本实用新型的技术方案如下：
7.本实用新型首先提供一种长期测力锚具装置，包括：
8.台座，设置于岩体外壁锚索孔口处；
9.锚盘，其上开设有多个锥形孔，用于预应力锚索穿过锥形孔和所述台座锚固于岩体内，并且所述锚盘的四周侧面均布开设有多个凹槽，凹槽内安装有应变采集装置，所述应变采集装置用于实时采集锚盘的应变数据；
10.应变信号传输装置，设置在所述台座上，与所述应变采集装置通信连接，实时传输所述应变数据；
11.远程数据处理平台，与所述应变信号传输装置通信连接，用于接收所述应变信号传输装置传输的应变数据，并能够根据所述应变数据估算锚索轴力；
12.供电装置，其设置在所述台座上，与所述应变采集装置、应变信号传输装置电连接，向二者长期持续供电。
13.在一些实施例中，所述台座为现浇或预制混凝土结构，锚盘与台座之间设置有垫板。
14.在一些实施例中，所述锚盘为圆柱体结构，所述凹槽为矩形凹槽，沿锚盘周圈侧面对称设置有四个，四个应变采集装置监测锚盘四个方向的轴向应变变化趋势。
15.在一些实施例中，所述凹槽的槽口可拆卸连接有保护盖。
16.在一些实施例中，所述保护盖为透明结构。
17.在一些实施例中，所述应变采集装置为无线应变传感器，预先内置于所述锚盘的凹槽内，并能够与所述应变信号传输装置无线通信连接。
18.在一些实施例中，所述远程数据处理平台具有计算模块和预警模块，所述计算模块用于根据所述锚盘的应变数据估算锚索的轴力变化趋势并可视化呈现，所述预警模块能够根据锚索的轴力变化趋势判断结构整体的受力状态，并在满足预定条件时实时向管理人员预警。
19.在一些实施例中，所述远程数据处理平台为云端数据处理平台，用于将所述应变信号传输装置传输的应变数据上传到云端。
20.在一些实施例中，所述供电装置为太阳能板或太阳能片。
21.本实用新型还提供一种长期测力锚固结构，包括预应力钢绞线以及所述的长期测力锚具装置，所述预应力钢绞线锚固于岩体内并穿过所述台座以及锚盘上的锥形孔以夹片锁定。
22.本实用新型相对于现有技术的有益效果是：本实用新型的长期测力锚具装置自带应变监测功能，无需在施工现场安装应变传感器，通过监测锚盘的应变变化趋势反应锚索的轴力变化趋势，应变数据无需现场采集，可直接上传到云端，通过计算机程序对应变数据进行实时处理，得到锚索轴力变化趋势，并可视化呈现。本实用新型应变监测结构简单，操作简便，应变采集装置损坏也可以更换，能够实现长期监测，并且可以实现实时预警。具体而言，至少具有如下实际效果：
23.应变采集装置可拆卸安装在锚盘的凹槽内，通过监测锚盘四个方向的轴向应变变化趋势，计算锚索的轴力变化趋势，进而判断锚索的预加轴力的损失程度，得到锚索实际轴力估算值。
24.应变信号传输装置采用窄带物联网技术，可实时传输锚盘上应变采集装置采集的应变数据，应变采集装置更换后，历史数据可在云端留存，不影响后续监测。
25.远程数据处理平台可实时接收应变信号传输装置传输的应变数据，并能够根据应变数据估算锚索的轴力变化趋势，形成直观、可视化的变化趋势数据，并根据情况实现实时预警。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
27.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容涵盖的范围内。
28.图1为本实用新型一个实施例的锚具装置结构组成示意图；
29.图2为本实用新型一个实施例的锚具平面示意图。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型实施例作进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.应当理解，术语“包括/包含”、“由
……
组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含
……”
、“由
……
组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
33.还需要理解，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本实用新型的限制。
34.本实用新型提出一种结构简单、操作简便、数据采集稳定的测力锚具装置，该装置自带应变检测功能，无需在施工现场安装应变传感器，可实现长期监测。
35.以下结合较佳的实施方式对本实用新型的实现进行详细的描述。
36.如图1所示，长期测力锚具装置100，包括台座1、锚盘2、应变信号传输装置3、远程数据处理平台4和供电装置5。
37.台座1设置于岩体外壁锚索8孔口处。
38.锚盘2上开设有多个锥形孔，用于预应力锚索8穿过锥形孔和台座锚固于岩体内，并且该锚盘2的四周侧面均布开设有多个凹槽13，凹槽13内安装有应变采集装置6，该应变采集装置6用于实时采集锚盘2的应变数据。
39.应变信号传输装置3设置在台座1上，并与应变采集装置6通信连接，实时传输应变数据。
40.远程数据处理平台4与应变信号传输装置3通信连接，用于接收应变信号传输装置3传输的应变数据，并能够根据应变数据估算锚索轴力。
41.供电装置5设置在台座1上，通过导线11与应变采集装置6、应变信号传输装置3电连接，向二者长期持续供电。
42.本实用新型通过应变采集装置6监测锚盘2的应变变化趋势，反应锚索8的轴力变化趋势，应变数据无需现场采集，可直接将采集的应变数据通过应变信号传输装置3传输到远程数据处理平台4，在后台对应变数据进行实时处理，计算得到锚索轴力变化趋势，并根据需要可视化呈现。
43.在一些实施例中，台座1可以是钢板焊接而成的钢制构件，也可以是现浇或预制钢筋混凝土结构。本实施例优选为现浇或预制钢筋混凝土结构。容易理解，台座1上对应锚索
的位置预留有通孔(图中未示出)，用于穿设锚索。
44.较佳的，台座1可以是梯形结构体，也可以是矩形结构体，具体形状不做限定。
45.在一些实施例中，锚盘2与台座1之间设置有垫板7。垫板7作为承压构件，增大锚盘2与台座1的接触面积，防止台座1在该处局部高压而损坏。
46.应当理解，这里的垫板7为一钢制薄片，其厚度一般为20-40mm；垫板7的截面形状可以是矩形、圆形等。
47.在一些实施例中，锚盘2为圆柱体结构，更确切地说为矮圆柱体。
48.较佳的，锚盘2上设有多个楔形孔，便于锚索8的粗钢筋、钢绞线或钢丝束穿过通孔固定。
49.较佳的，凹槽13为矩形凹槽，沿锚盘2周圈侧面对称设置有四个。应当理解，矩形凹槽的截面尺寸和深度依据应变采集装置6的尺寸而定，本文不做详细阐述。
50.矩形凹槽内分别可拆卸连接一个应变采集装置6，四个应变采集装置6监测锚盘2四个方向的轴向应变变化趋势，计算锚索8的轴力变化趋势，进而判断锚索8的预加轴力的损失程度，得到锚索实际轴力估算值。
51.应当理解，应变采集装置6可拆卸安装在凹槽13内，便于应变采集装置6损坏后的更换。
52.在一些实施例中，凹槽13的槽口可拆卸连接有保护盖14，打开保护盖14可更换应变采集装置6，同时具有防水的效果。
53.较佳的，保护盖14增设密封条15，或者四周打胶水，进一步增强防止进水效果，防止长期雨水侵入损坏应变采集装置6。
54.为了穿设导线11，与内部的应变采集装置6连接以持续供电，保护盖14上设有通孔，并在通孔内塞入带孔密封塞12，导线11从密封塞12的孔中穿设，阻止雨水侵入。
55.较佳的，该保护盖14为透明结构，便于非打开保护盖的状态下观察应变采集装置6的状态，例如应变采集装置6是否损坏，槽内是否进水等。
56.在一些实施例中，应变采集装置6为无线应变传感器，预先内置于锚盘2的凹槽内，并能够与应变信号传输装置3无线通信连接。
57.在一些实施例中，应变信号传输装置3采用窄带物联网技术，可实时传输锚盘2应变数据，应变采集装置6更换后，历史数据可在云端留存，不影响后续监测。
58.在一些实施例中，远程数据处理平台4具有计算模块和预警模块，该计算模块用于根据锚盘2的应变数据估算锚索8的轴力变化趋势并可视化呈现，该预警模块能够根据锚索8的轴力变化趋势判断结构整体的受力状态，并在满足预定条件时实时向管理人员预警。
59.应当理解，这里的轴力变化趋势可能是下降趋势，也可能是上升趋势；若轴力呈下降趋势，说明锚索8逐渐松弛，若轴力呈上升趋势，不排除有土体滑移趋势，用户可自定义设置报警阈值，当轴力变化范围超过报警预制时，软件可通过短信、电话的形式及时向管理人员报警。
60.在一些实施例中，远程数据处理平台4为云端数据处理平台，用于将应变信号传输装置3传输的应变数据上传到云端。
61.在一些实施例中，供电装置5为太阳能板或太阳能片。供电装置5为采用低能耗技术的应变采集装置6与应变信号传输装置3持续供电，保证装置能够长期测力。
62.本实用新型还提出一种长期测力锚固结构，包括预应力钢绞线以及上述长期测量锚具装置。
63.较佳的，预应力钢绞线一端锚固于岩体内，另一端穿过台座1以及锚盘2上的锥形孔通过夹片9锁定。
64.本实用新型长期测力锚具的使用方法如下：
65.s1：制作长期测力锚具装置
66.锚盘2的周圈侧面对称设置四个纵向矩形凹槽，凹槽的截面尺寸和深度依据无线应变传感器的尺寸而定；将透明保护盖可拆卸连接于凹槽之上；无线应变传感器和保护盖均可拆卸，操作简便，构造简单，无线应变传感器损坏时可进行更换。无线应变传感器通信连接应变信号传输装置3，应变信号传输装置3与远程数据处理平台4通信连接；应变信号传输装置3采用窄带物联网技术，体积小、质量轻、成本低，便于实时传输无线应变传感器采集的应变数据到远程数据处理平台4。使用太阳能板为无线应变传感器和应变信号传输装置3持续供电。该长期测力锚具装置在工厂中生产，出厂时自带应变监测功能，无需在施工现场安装。
67.s2：安装长期测力锚具装置
68.该长期测力锚具装置入场后可直接进行锚固施工，锚索8施加预应力前将无线应变传感器上采集的应变数据清零，而后开始采集应变数据，应变数据实时保存，可根据需求制定应变监测方案。
69.s3：采集应变数据
70.应变采集装置6可实时采集锚盘2四个方向的应变数据，通过应变信号传输装置3传输至远程数据处理平台4，形成直观、可视化的变化趋势数据，其数据计算理论如下：
71.锚固施工完成时，将锚盘2四个方向的应变值ε1、ε2、ε3、ε4带入轴力计算公式，可初步估算出锚索8的轴力。锚索轴力计算公式为：
[0072][0073]
式中，n—锚索轴力估算值(n)；e—锚盘的弹性模量(mpa)；s—锚盘的净截面面积(mm2)。
[0074]
本实用新型可得到锚索在锚固阶段和使用阶段的锚盘的应变数据，通过上述计算公式可通过锚盘的应变数据估算锚索的轴力变化趋势，根据锚索轴力的变化趋势可判断结构整体的受力状态，若轴力呈下降趋势，说明锚索逐渐松弛，若锚索呈上升趋势，不排除有土体滑移趋势，值得警惕。
[0075]
本实用新型应变监测结构简单，操作简便，应变采集装置损坏也可以更换，能够实现长期监测，并且可以实现实时预警。
[0076]
本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
[0077]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。