一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置及测试方法制造方法及图纸

一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置及测试方法，属于锚杆性能测试装置技术领域，包括外部框架，外部框架包括立式框架，立式框架底部前后两侧通过螺栓固定安装有限位板，沿竖向设置的立柱的内壁安装有与冲击装置滑动连接的滑轨，以控制冲击锤体沿垂直方向施加冲击载荷，沿竖向设置的立柱中下部安装有冲击卡锁，位于底部的横梁上表面两端对称安装有阻尼器，预应力装置安装于底部横梁中心处，底部横梁上表面设置有冲击框架，所述位于上部的横梁上安装有提升装置。该测试装置能够在室内模拟围岩瞬时破坏对锚杆杆体、锚固件或带节理的锚固体施加的冲击荷载，同时可以调节冲击能级和冲击速率，更加真实模拟深部工程动力灾害诱发的高能级冲击载荷。能级冲击载荷。能级冲击载荷。

【技术实现步骤摘要】
一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置及测试方法


[0001]本专利技术属于锚杆性能测试装置
，具体涉及一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置及测试方法。

技术介绍

[0002]锚杆支护改善了围岩体力学性能，优化了岩体应力分布，增强了巷道围岩的承载能力，对被支护体起到了有效的保护作用。但是，高应力环境下的深部工程，岩体积聚的应变能极易沿临空面突然而猛烈地释放，致使岩体发生像爆炸一样的脆性断裂即岩爆灾害；岩爆具有强烈的突发性、随机性和猛烈性，对人员、设备安全造成极大威胁。
[0003]如何保证岩爆、冲击地压等工程灾害发生时巷道不发生失稳破坏，吸收掉抛射岩体的动能，一直是国内外专家学者研究的重要方向之一。因此，锚杆在冲击载荷来临时的力学响应、破坏状态以及锚杆的抗冲击、剪切载荷性能得到了越来越多的重视与研究。
[0004]当前岩土领域冲击试验机以立式落锤动力冲击试验机、摆锤试验机试压机最为典型。而现有的落锤冲击装置是将垂直方向的重力势能转化为冲击动能，在测试过程中均采用杆体材料进行测试或钢管模拟钻孔测试，难以模拟工程实际支护下围岩体条件，且无法施加预应力；此外，锚杆试件固定在冲击框架上，在长期高能级冲击试验时框架逐渐疲劳变形，作业安全难以保证。摆锤试验机利用摆锤时间冲击荷载，通常摆锤质量在0
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2t，难以施加高能冲击荷载，且占地面积较大；此外，摆锤在冲击杆件只能施加单面荷载，易出现偏心问题。
[0005]由此可见，现有试验机均存在难以模拟真实围岩条件、无法施加预应力以及长期使用后框架偏斜、疲劳和精度差等结构问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置及测试方法，该测试装置能够在室内模拟围岩瞬时破坏对锚杆杆体、锚固件或带节理的锚固体施加的冲击荷载，同时可以调节冲击能级和冲击速率，更加真实模拟深部工程动力灾害诱发的高能级冲击载荷。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置，包括提升装置、外部框架、冲击装置、冲击框架、预应力装置；
[0009]所述外部框架包括立式框架，所述立式框架通过立柱和横梁首尾相连焊接而成的长方形框架，所述立式框架底部前后两侧通过螺栓固定安装有限位板，沿竖向设置的立柱的内壁安装有与冲击装置滑动连接的滑轨，以控制冲击锤体沿垂直方向施加冲击载荷，沿竖向设置的立柱中下部安装有冲击卡锁，位于底部的横梁上表面两端对称安装有阻尼器，预应力装置安装于底部横梁中心处，底部横梁上表面设置有冲击框架，所述位于上部的横梁上安装有提升装置。
[0010]所述提升装置包括安装于立式框架顶部的卷扬机，卷扬机的输出轴与钢丝绳一端连接，钢丝绳另一端与电磁吸合器连接，电磁吸合器通过磁力吸合在冲击装置顶部。
[0011]所述冲击装置包括冲击落锤，所述冲击落锤为中空矩形块，两端通过螺栓与引导架固定连接，底部两端分别坐落在缓冲架上表面，且通过螺栓固定安装在缓冲架上。
[0012]所述引导架包括连接板，所述连接板一端对称设置有引导板，且引导版沿连接板的长度方向设置，连接板另一端对称设置有定位槽，且定位槽沿连接板的宽度方向设置，在定位槽内安装有定位键，两个定位键之间的连接板上对称开设有螺栓孔，所述连接板的四角处以及引导板的上下两端均通过螺母固定安装有滚轮，安装于引导板上的滚轮和安装于连接板上的滚轮均设置连接板同侧，引导架利用定位键和螺栓与冲击落锤固定为一体。
[0013]所述缓冲架包括方管Ⅰ和方管Ⅱ，所述方管Ⅰ和方管Ⅱ焊接连为一体，且方管Ⅰ的上表面高于方管Ⅱ的上表面，方管Ⅰ上表面焊接有卡板，且卡板两端顶部开设有螺栓孔；方管Ⅰ与卡板之间的距离为3
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10cm，卡板和螺栓孔用于完成与冲击落锤的固定连接，方管Ⅰ的下表面与冲击卡锁接触，完成锁定作用。
[0014]所述冲击卡锁包括卡体，所述卡体通过轮轴固定于箱体内并可沿轮轴转动一定角度，卡体上部后端与恢复弹簧一端连接，恢复弹簧另一端固定在箱体的内壁上，所述箱体后端侧壁底部螺接有恢复螺栓，恢复螺栓端部位于箱体内且与卡体底部后端的凹槽配合，箱体前端侧壁顶部开设有供卡体伸出箱体的开口；当转动恢复螺栓向箱体外侧移动时，卡体受恢复弹簧推动，其端部将凸出至箱体外侧，且凸出部分的长度是0
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10cm；当转动恢复螺栓向箱体内部移动时，卡体底部受到恢复螺栓的顶压作用，端部凸出部分将收回至箱体内；通过所述卡体与缓冲架中的方管Ⅰ相配合，保证无试验或试验前冲击锤体的稳定。
[0015]所述预应力装置包括保护罩，保护罩通过螺栓固定安装于立式框架的底部横梁下表面中心处，中空拉压作动器安装于保护罩内，保护罩为一圆柱形钢罩，用以保护中空拉压作动器，防止冲击过程中中空拉压作动器损坏，中空拉压作动器的输出端与导杆一端连接，导杆另一端与传动链一端连接，传动链另一端与均力板的四角处连接，所述均力板为中空的工字形钢板，通过中空拉压作动器施加预应力荷载，而后通过导杆传递给传动链。
[0016]所述冲击框架包括试件端口和立柱，所述立柱底端固定安装于滑块顶部的凹槽内，且滑块两端穿过限位板底部的豁口，所述滑块安装于固定在立式框架底部横梁的水平滑轨上，可带动冲击框架在水平滑轨上移动，立柱顶部设置有试件端口，且试件端口的几何中心位于中空拉压作动器的轴线延长线上，试件端口位于冲击框架顶端中心处，直径300
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450mm；测试样品上的锚杆杆体穿过试件端口的中空部分，整体接收冲击载荷。
[0017]所述测试样品有三种形式，一种为混凝土试件，可分为半剖混凝土试件和全长混凝土试件两类；第二种为钢管试件，可分为半剖钢管试件和全长钢管试件两类；第三种为杆体试件。
[0018]所述全长混凝土试件包括半剖模具；所述半剖模具外壁上开有若干紧固孔用以穿过螺栓对半剖模具进行紧固形成顶端带有端板的圆柱形模具；所述圆柱形模具整体呈“T”型，其上部端板与试件端口相接触形成轴向约束，且在上部端板上开设有浇筑孔，方便搅拌好的混凝土注入半剖模具内部，直径5
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10cm，圆柱形模具下部与均力板上表面相接触，在圆柱形模具内部填充混凝土以模拟围岩条件，所述混凝土中部设置有锚杆杆体，且锚杆杆体底端延伸圆柱形模具外侧，且延伸至圆柱形模具外侧的尺寸为10
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20cm，且外露的锚杆杆体
穿过均力板中心处的通孔，并在均力板下部的锚杆杆体上安装托盘，并通过螺母固定；
[0019]所述半剖混凝土试件与全长混凝土试件的区别在于将全长的半剖模具分为上半剖模具和下半剖模具两部分，且下半剖模具底端与均力板一体成型。
[0020]所述全长钢管试件包括钢管，所述钢管顶部套装有中空垫板，钢管延伸至中空垫板之上部分开设有插孔，且在插孔内安装有插销，钢管底部套装有均力板，且均力板的下表面与钢管的下表面平齐，钢管内设置有锚杆杆体，并在钢管内填充有混凝土或树脂锚固剂，锚杆杆体延伸至钢管外侧部分安装有托盘，且托盘下方锚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置，其特征在于，包括提升装置、外部框架、冲击装置、冲击框架、预应力装置；所述外部框架包括立式框架，所述立式框架通过立柱和横梁首尾相连焊接而成的长方形框架，所述立式框架底部前后两侧通过螺栓固定安装有限位板，沿竖向设置的立柱的内壁安装有与冲击装置滑动连接的滑轨，以控制冲击锤体沿垂直方向施加冲击载荷，沿竖向设置的立柱中下部安装有冲击卡锁，位于底部的横梁上表面两端对称安装有阻尼器，中心处上表面安装有预应力装置，预应力装置通过安装于底部横梁中心处，底部横梁上表面设置有冲击框架，所述位于上部的横梁上安装有提升装置。2.根据权利要求1所述的一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述提升装置包括安装于立式框架顶部的卷扬机，卷扬机的输出轴与钢丝绳一端连接，钢丝绳另一端与电磁吸合器连接，电磁吸合器通过磁力吸合在冲击装置顶部。3.根据权利要求1所述的一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述冲击装置包括冲击落锤，所述冲击落锤为中空矩形块，两端通过螺栓与引导架固定连接，底部两端分别坐落在缓冲架上表面，且通过螺栓固定安装在缓冲架上。4.根据权利要求3所述的一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述引导架包括连接板，所述连接板一端对称设置有引导板，且引导版沿连接板的长度方向设置，连接板另一端对称设置有定位槽，且定位槽沿连接板的宽度方向设置，在定位槽内安装有定位键，两个定位键之间的连接板上对称开设有螺栓孔，所述连接板的四角处以及引导板的上下两端均通过螺母固定安装有滚轮，安装于引导板上的滚轮和安装于连接板上的滚轮均设置连接板同侧，引导架利用定位键和螺栓与冲击落锤固定为一体。5.根据权利要求3所述的一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述缓冲架包括方管Ⅰ和方管Ⅱ，所述方管Ⅰ和方管Ⅱ焊接连为一体，且方管Ⅰ的上表面高于方管Ⅱ的上表面，方管Ⅰ上表面焊接有卡板，且卡板两端顶部开设有螺栓孔；方管Ⅰ与卡板之间的距离为3
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10cm，卡板和螺栓孔用于完成与冲击落锤的固定连接，方管Ⅰ的下表面与冲击卡锁接触，完成锁定作用。6.根据权利要求3所述的一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述冲击卡锁包括卡体，所述卡体通过轮轴固定于箱体内并可沿轮轴转动一定角度，卡体上部后端与恢复弹簧一端连接，恢复弹簧另一端固定在箱体的内壁上，所述箱体后端侧壁底部螺接有恢复螺栓，恢复螺栓端部位于箱体内且与卡体底部后端的凹槽配合，箱体前端侧壁顶部开设有供卡体伸出箱体的开口；当转动恢复螺栓向箱体外侧移动时，卡体受恢复弹簧推动，其端部将凸出至箱体外侧，且凸出部分的长度是0
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10cm；当转动恢复螺栓向箱体内部移动时，卡体底部受到恢复螺栓的顶压作用，端部凸出部分将收回至箱体内；通过所述卡体与缓冲架中的方管Ⅰ相配合，保证无试验或试验前冲击锤体的稳定。7.根据权利要求1所述的一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述预应力装置包括保护罩，保护罩通过螺栓固定安装于立式框架的底部横梁下表面中心处，中空拉压作动器安装于保护罩内，保护罩为一圆柱形钢罩，用以保护中空拉压作动器，防止冲击过程中中空拉压作动器损坏，中空拉压作动器的输出端与导杆一端连接，导杆另一端与传动链一端连接，传动链另一端与均力板的四角处连接，通过中空拉压作动器施加预应力荷载，而后通过导杆传递给传动链。
8.根据权利要求1所述的一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述冲击框架包括试件端口和立柱，所述立柱底端固定安装于滑块顶部的凹槽内，且滑块两端穿过限位板底部的豁口，所述滑块安装于固定在立式框架底部横梁的水平滑轨上，可带动冲击框架在水平滑轨上移动，立柱顶部设置有试件端口，且试件端口的几何中心位于中空拉压作动器的轴线延长线上，试件端口位于冲击框架顶端中心处，直径300
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450mm，测试样品上的锚杆杆体穿过试验端口的中空部分布置。9.根据权利要求1所述的一种锚杆冲击拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述测试样品有三种形式，一种为混凝土试件，可分为半剖混凝土试件和全长混凝土试件两类；第二种为钢管试件，可分为半剖钢管试件和全长钢管试件两类；第三种为杆体试件；所述全长混凝土试件包括半剖模具；所述半剖模具外壁上开有若干紧固孔用以穿过螺栓对半剖模具进行紧固形成顶端带有端板的圆柱形模具；所述圆柱形模具整体呈“T”型，其上部端板与试件端口相接触形成轴向约束，且在上部端板上开设有浇筑孔，方便搅拌好的混凝土注入半剖模具内部，直径5
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10cm，圆柱形模具下部与均力板上表面相接触，在圆柱形模具内部填充混凝土以模拟围岩条件，所述混凝土中部设置有锚杆杆体，且锚杆杆体底端延伸圆柱形模具外侧，且延伸至圆柱形模具外侧的尺寸为10
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20cm，且外露的锚杆杆体穿过均力板中心处的通孔，并在均力板下部的锚杆杆体上安装托盘，并通过螺母固定；所述半剖混凝土试件与全长混凝土试件的区别在于将全长的半剖模具分为上半剖模具和下半剖模具两部分，且下半剖模具底端与均力板一体成型；所述全长钢管...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐帅，杨正明，张豪，田军，蔡明，汪昕，郭玟志，李润然，黄梦龙，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：