一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法

《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》涉及礦山支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法。

錨桿支護(hù)已成為煤礦巷道安全高效的主要支護(hù)方式，在中國(guó)煤礦巷道中得到大面積推廣應(yīng)用。錨桿支護(hù)是將錨桿錨固于煤巖體內(nèi)，擰緊桿尾螺母對(duì)圍巖施加預(yù)應(yīng)力，約束巷道圍巖的變形離層、碎脹與滑移錯(cuò)動(dòng)。

錨桿支護(hù)施工完成后，處于實(shí)際工作狀態(tài)的錨桿受力情況十分復(fù)雜，包括支護(hù)施工的安裝作用力和工作過(guò)程圍巖變形破壞對(duì)錨桿的作用力。

錨桿支護(hù)施工過(guò)程中：在錨桿錨固與螺母擰緊時(shí)，錨桿承受施工機(jī)具施加的扭轉(zhuǎn)力矩；錨桿在擰緊螺母后，承受初始軸向拉伸載荷和殘余安裝扭矩；安裝托盤(pán)擰緊螺母后，錨桿安裝鉆孔軸線與圍巖表面法線形成不同角度，錨桿桿體軸線向圍巖表面法線方向偏轉(zhuǎn)，在錨固段與非錨固段分界面處和鉆孔孔口處發(fā)生彎曲，桿體承受彎曲載荷。

錨桿支護(hù)安裝施工完成后，在采掘動(dòng)壓、地應(yīng)力及地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力等各種復(fù)雜應(yīng)力作用下，巷道圍巖內(nèi)部應(yīng)力重新分布，不可避免的發(fā)生離層碎脹及滑移錯(cuò)動(dòng)等變形。錨桿支護(hù)工作過(guò)程中的圍巖離層碎脹，使桿體承受的軸向拉伸載荷增加；滑移錯(cuò)動(dòng)的巖層，在滑移面處剪切錨桿，使錨桿承受剪切力；在具有沖擊傾向的煤巖層巷道內(nèi)，圍巖瞬時(shí)破壞釋放能量時(shí)，對(duì)錨桿形成軸向沖擊載荷。

這些復(fù)雜的外力作用，在錨桿桿體內(nèi)形成拉伸應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、剪切應(yīng)力、沖擊應(yīng)力等復(fù)雜的應(yīng)力組合，使錨桿實(shí)際承載能力下降，并在不同應(yīng)力組合時(shí)的承載能力顯著不同。復(fù)雜的外力作用也使錨桿的變形情況復(fù)雜化，錨桿軸向伸長(zhǎng)作為錨桿變形的主要形式，使錨桿對(duì)圍巖的約束力下降，也是引起錨桿支護(hù)巷道圍巖變形的主要因素。

系統(tǒng)研究錨桿支護(hù)施工過(guò)程的工藝參數(shù)，是完善錨桿支護(hù)材料配套性，提高錨桿支護(hù)施工質(zhì)量的基礎(chǔ)。研究錨桿在復(fù)雜受力條件下的力學(xué)性能，對(duì)深化錨桿支護(hù)機(jī)理研究，提高錨桿支護(hù)可靠性，保證工程安全具有重要意義。

2014年前，研究錨桿支護(hù)工藝參數(shù)和錨桿工作過(guò)程中復(fù)雜受力狀態(tài)下錨桿力學(xué)性能的方法主要有兩大類(lèi)：井下試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。

井下試驗(yàn)主要測(cè)試錨桿錨固后預(yù)緊時(shí)的螺母扭矩，評(píng)價(jià)錨桿安裝效果，通過(guò)安裝測(cè)力計(jì)或液壓枕等測(cè)試儀器，測(cè)試錨桿不同階段的軸向受力，評(píng)價(jià)錨桿的工作狀態(tài)。雖然獲得的數(shù)據(jù)為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，能夠真實(shí)反映井下錨桿的安裝與工作狀況。但是，井下試驗(yàn)，不能從鉆孔中取出錨桿觀察錨固劑攪拌與固化情況，也無(wú)法控制施工過(guò)程錨桿的推進(jìn)速度與推進(jìn)力和旋轉(zhuǎn)速度與攪拌扭矩，不能進(jìn)行材料配套性和工藝參數(shù)的系統(tǒng)性研究。測(cè)試的錨桿受力，只能反映錨桿在各種應(yīng)力綜合作用下形成的軸向應(yīng)力或軸向載荷大小，無(wú)法區(qū)分實(shí)際載荷對(duì)錨桿的作用方式及幅度。因不能重新揭露鉆孔中的錨桿，也不能測(cè)試錨桿的實(shí)際軸向變形。此外，由于井下特殊的環(huán)境，一些先進(jìn)的監(jiān)測(cè)方法與儀器的應(yīng)用也受到限制，而且能夠監(jiān)測(cè)的錨桿數(shù)量有限，代表性不足。

實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)2014年前缺乏能夠進(jìn)行錨桿支護(hù)材料的工藝配套性和施工工藝參數(shù)系統(tǒng)研究的試驗(yàn)設(shè)備，主要進(jìn)行錨桿桿體材料試件的拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切及材料沖擊的單項(xiàng)試驗(yàn)，和錨固劑的固化時(shí)間、試塊抗壓強(qiáng)等相關(guān)指標(biāo)的測(cè)試。雖然測(cè)試的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能夠反映錨桿及配套材料的基本力學(xué)性能。但是，室內(nèi)單項(xiàng)試驗(yàn)只反映錨桿及配套材料的單一力學(xué)指標(biāo)，不能反映錨桿支護(hù)材料應(yīng)用于某一具體條件時(shí)，所能達(dá)到實(shí)際效果和最適宜的施工工藝，也無(wú)法獲得錨桿工作過(guò)程承受多種外力疊加作用時(shí)的力學(xué)性能。

因此，針對(duì)以上不足，開(kāi)發(fā)用于測(cè)試錨桿安裝工藝參數(shù)與錨桿工作過(guò)程綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，模擬錨桿安裝與支護(hù)工作全過(guò)程。系統(tǒng)研究錨桿支護(hù)材料配套性能和工藝參數(shù)；對(duì)錨桿施加扭轉(zhuǎn)、拉伸、彎曲、剪切與沖擊等單項(xiàng)或多項(xiàng)組合外力，準(zhǔn)確測(cè)試錨桿支護(hù)工作過(guò)程，不同受力狀態(tài)下的綜合力學(xué)性能。

圖1為《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》實(shí)施例用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)的剖視圖；

圖2為《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》實(shí)施例推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)的剖視圖；

圖3為《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》實(shí)施例安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)的剖視圖；

圖4為《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》實(shí)施例彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)的剖視圖；

圖5為《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》實(shí)施例軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)的剖視圖；

圖6為《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》實(shí)施例剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)的剖視圖；

圖7為《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》實(shí)施例沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)的立體圖；

圖8為《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》實(shí)施例沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)的剖視圖。

其中，1：安裝測(cè)試臺(tái)；2：工作測(cè)試臺(tái)；4：偏轉(zhuǎn)裝置；5：錨桿；6：拉伸裝置；7：剪切裝置；8：沖擊裝置；11：底座；20：驅(qū)動(dòng)裝置；21：自由段；22：錨固段；23：固定鉆孔模型；24：隨動(dòng)鉆孔模型；31：推進(jìn)裝置；32：攪拌與安裝預(yù)緊裝置；41：斜墊板；42：錨桿托盤(pán)；61：拉伸頂梁；62：沖擊梁；63：拉伸油缸；71：剪切油缸；72：剪切滑塊；73；剪切部機(jī)架；81：擺錘；82；擺臂；83：擺錘滑座；84：鎖緊油缸；85：緩沖油缸；91：浮筒；92：模型固定套管；93：煤巖體物理模型；101：動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器；102：靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器；103：負(fù)荷傳感器；104：彎曲應(yīng)力計(jì)；105：液壓傳感器；106：位移傳感器；107：角度編碼器；201：電動(dòng)機(jī)；202：電磁離合器；203：減速器；204：減速器滑座；205：減速器托箱；311：推進(jìn)馬達(dá)；312：滾珠絲杠；321：攪拌與安裝馬達(dá)；322：推進(jìn)平車(chē)；323：安裝套筒。

2020年7月14日，《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》獲得第二十一屆中國(guó)專(zhuān)利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)。 2100433B

在《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上；術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述該發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)該發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連。對(duì)于該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在該發(fā)明中的具體含義。

如圖1所示，該實(shí)施例提供一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，包括安裝測(cè)試臺(tái)1和與安裝測(cè)試臺(tái)1對(duì)應(yīng)設(shè)置的工作測(cè)試臺(tái)2，該試驗(yàn)臺(tái)還包括：

設(shè)置在安裝測(cè)試臺(tái)1上的推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)、安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)，推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)錨桿5繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并使錨桿5沿安裝測(cè)試臺(tái)1直線移動(dòng)，以將錨桿5的一端錨固于工作測(cè)試臺(tái)2的鉆孔模型內(nèi)；安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)擰緊錨桿5外露端的螺母以對(duì)錨桿5施加預(yù)緊力；

設(shè)置在工作測(cè)試臺(tái)2上的彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)、軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)、剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)和沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)；彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)用于對(duì)錨桿5施加彎曲載荷，使錨桿5發(fā)生彎曲形變；軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)用于對(duì)錨桿5施加軸向拉伸載荷，使錨桿5發(fā)生軸向形變；剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)用于對(duì)錨桿5施加剪切載荷，使錨桿5發(fā)生徑向剪切形變；沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)用于對(duì)錨桿5施加瞬時(shí)沖擊載荷，使錨桿5發(fā)生沖擊形變。

如圖2所示，推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)可獨(dú)立使用，也可與其他測(cè)試機(jī)構(gòu)配合使用，為了清楚地描述推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)，圖中未標(biāo)出其他測(cè)試機(jī)構(gòu)。

該推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：推進(jìn)裝置31，推進(jìn)裝置31包括推進(jìn)馬達(dá)311和滾珠絲杠312，推進(jìn)馬達(dá)311固定于安裝測(cè)試臺(tái)1的端部，滾珠絲杠312與推進(jìn)馬達(dá)311的輸出軸固定連接；攪拌與安裝預(yù)緊裝置32，攪拌與安裝預(yù)緊裝置32包括攪拌與安裝馬達(dá)321和推進(jìn)平車(chē)322，推進(jìn)平車(chē)322滑動(dòng)安裝于安裝測(cè)試臺(tái)1頂面上的滑軌上，且推進(jìn)平車(chē)322與滾珠絲杠312的絲杠螺母固定連接，推進(jìn)平車(chē)322上固定安裝有攪拌與安裝馬達(dá)321，攪拌與安裝馬達(dá)321用于驅(qū)動(dòng)錨桿5繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器101，兩個(gè)動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器101分別安裝于推進(jìn)馬達(dá)311的輸出軸上、攪拌與安裝馬達(dá)321的輸出軸上。

此外，在安裝測(cè)試臺(tái)1上安裝有軸承座，滾珠絲杠312穿設(shè)于軸承座上，滾珠絲杠312能夠在軸承座內(nèi)旋轉(zhuǎn)，減少了安裝測(cè)試臺(tái)1的振動(dòng)；此外，在安裝測(cè)試臺(tái)1底部安裝有底座11，底座11上設(shè)有滑軌，安裝測(cè)試臺(tái)1在油缸的帶動(dòng)下可以沿滑軌滑動(dòng)，方便改變安裝測(cè)試臺(tái)1的所在位置。

如圖3所示，安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)可獨(dú)立使用，也可與其他測(cè)試機(jī)構(gòu)配合使用，為了清楚地描述安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)，圖中未標(biāo)出其他測(cè)試機(jī)構(gòu)。

該安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：拉伸裝置6，拉伸裝置6包括沖擊梁62和拉伸頂梁61，拉伸頂梁61與沖擊梁62對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于阻止沖擊梁62沿錨桿5軸向移動(dòng)；攪拌與安裝預(yù)緊裝置32，攪拌與安裝預(yù)緊裝置32安裝在安裝測(cè)試臺(tái)1上，可與推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)共用。攪拌與安裝預(yù)緊裝置32上的攪拌與安裝馬達(dá)321輸出端連接有安裝套筒323，安裝套筒323與錨桿5外露端的螺母連接，安裝套筒323在攪拌與安裝馬達(dá)321的驅(qū)動(dòng)下繞錨桿5的軸線旋轉(zhuǎn)，對(duì)螺母進(jìn)行擰緊作用，以使錨桿5外露端固定于沖擊梁62的端面上；負(fù)荷傳感器103，負(fù)荷傳感器103位于拉伸頂梁61與沖擊梁62之間，用于測(cè)試?yán)祉斄?1與沖擊梁62之間的正壓力；動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器101和靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器102，動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器101安裝于攪拌與安裝馬達(dá)321輸出軸與安裝套筒323之間，靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器102與鉆孔模型的模型固定套管92固定連接。

負(fù)荷傳感器103、動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器101和靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器102可將檢測(cè)信息反饋至計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與運(yùn)算。

其中的錨桿5的一端穿過(guò)沖擊梁62、拉伸頂梁61，并錨固在鉆孔模型中，沖擊梁62在錨桿5的帶動(dòng)下，沿錨桿5的軸向壓緊作用于拉伸頂梁61。

此外，攪拌與安裝馬達(dá)321進(jìn)油路上還安裝有壓力傳感器和先導(dǎo)比例減壓閥，壓力傳感器測(cè)試攪拌與安裝馬達(dá)321的供液系統(tǒng)壓力，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制先導(dǎo)比例減壓閥動(dòng)作改變供液系統(tǒng)的壓力，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)攪拌與安裝馬達(dá)321的輸出扭矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺母扭矩的控制。

進(jìn)一步地，攪拌與安裝馬達(dá)321進(jìn)油路上安裝有控制流量的比例調(diào)速閥，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制比例調(diào)速閥動(dòng)作，以調(diào)節(jié)馬達(dá)進(jìn)油量，從而改變馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿螺母轉(zhuǎn)速的控制。

如圖4所示，彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)可獨(dú)立使用，也可與其他測(cè)試機(jī)構(gòu)配合使用，為了清楚地描述彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)，圖中未標(biāo)出其他測(cè)試機(jī)構(gòu)。

該彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：偏轉(zhuǎn)裝置4、彎曲應(yīng)力計(jì)104，錨桿5一端插入鉆孔模型以形成錨固段22與自由段21，偏轉(zhuǎn)裝置4套裝于錨桿5的外露端，用于使錨桿5發(fā)生彎曲變形，錨桿5在鉆孔模型的孔口處形成第一彎曲部，在錨固段22與自由段21的分界面處形成第二彎曲部，彎曲應(yīng)力計(jì)104分別安裝在第一彎曲部和第二彎曲部上，用于測(cè)試錨桿5的彎曲應(yīng)力。

偏轉(zhuǎn)裝置4包括斜墊板41和托盤(pán)42，托盤(pán)42固定套設(shè)于位于鉆孔模型外的錨桿5上，斜墊板41安裝于鉆孔模型的孔口處，且位于托盤(pán)42與沖擊梁62之間，用于改變托盤(pán)42安裝面與鉆孔模型軸線之間的夾角。

斜墊板41優(yōu)選為斜面體結(jié)構(gòu)，斜墊板41的法線與鉆孔軸線傾斜度可隨意改變，優(yōu)選為0°-75°；其中斜墊板41可以?xún)?yōu)選為傾斜角度為5°的斜面體結(jié)構(gòu)；斜墊板41可以?xún)?yōu)選為傾斜角度為10°的斜面體結(jié)構(gòu)；斜墊板41可以?xún)?yōu)選為傾斜角度為15°的斜面體結(jié)構(gòu)；斜墊板41可以?xún)?yōu)選為傾斜角度為20°的斜面體結(jié)構(gòu)；斜墊板41可以?xún)?yōu)選為傾斜角度為25°的斜面體結(jié)構(gòu)；斜墊板41可以?xún)?yōu)選為傾斜角度為30°的斜面體結(jié)構(gòu)；從而獲知鉆孔模型角度與桿體彎曲載荷的關(guān)系。

通過(guò)改變鉆孔模型內(nèi)錨固劑的裝入量，可改變錨固段22與自由段21長(zhǎng)度，從而改變錨固段22與自由段21分界面位置，直至錨桿5在鉆孔模型內(nèi)全長(zhǎng)錨固，消除孔內(nèi)彎曲點(diǎn)，使錨桿5由兩處彎曲轉(zhuǎn)變?yōu)榭卓谝惶帍澢芰Α?

如圖5所示，軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)可獨(dú)立使用，也可與其他測(cè)試機(jī)構(gòu)配合使用，為了清楚地描述軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)，圖中未標(biāo)出其他測(cè)試機(jī)構(gòu)。

軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)包括拉伸裝置6、拉伸油缸63、負(fù)荷傳感器103和位移傳感器106，拉伸裝置6包括沖擊梁62和拉伸頂梁61，可與安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)共用。錨桿5的外露端通過(guò)螺母、托盤(pán)、調(diào)心球形墊圈鎖緊于沖擊梁62的端面上；拉伸頂梁61在拉伸油缸63的帶動(dòng)下頂推作用于沖擊梁62，以使錨桿5承受軸向拉伸載荷并發(fā)生軸向拉伸變形；負(fù)荷傳感器103位于沖擊梁62和拉伸頂梁61之間，用于測(cè)試軸向拉伸載荷，位移傳感器106分別安裝于錨桿5的兩端，用于測(cè)試軸向變形量。

拉伸油缸63通過(guò)油缸機(jī)架安裝在工作測(cè)試臺(tái)2上，且拉伸油缸63的活塞桿與拉伸頂梁61固定連接，用于驅(qū)動(dòng)拉伸頂梁61沿錨桿5的軸向頂推作用于沖擊梁62上；位移傳感器106的數(shù)量為兩個(gè)，其中一個(gè)位移傳感器106位于錨桿5的鉆孔模型外露端，且與錨桿5端面中心處相連；另一個(gè)位移傳感器106位于錨桿5的鉆孔模型孔底端，且穿過(guò)靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器102的中心孔與錨桿5端面中心處相連。此外，位移傳感器106可通過(guò)外部支架安裝于錨桿5的兩端。

如圖6所示，剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)可獨(dú)立使用，也可與其他測(cè)試機(jī)構(gòu)配合使用，為了清楚地描述剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)，圖中未標(biāo)出其他測(cè)試機(jī)構(gòu)。

該剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：剪切裝置7，剪切裝置7包括剪切滑塊72、剪切部機(jī)架73，剪切部機(jī)架73安裝于工作測(cè)試臺(tái)2上，剪切部機(jī)架73上設(shè)有垂直于錨桿5軸向的導(dǎo)向滑槽，剪切滑塊72滑動(dòng)安裝于導(dǎo)向滑槽內(nèi)；剪切油缸71，剪切油缸71與剪切滑塊72對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于驅(qū)動(dòng)剪切滑塊72沿導(dǎo)向滑槽滑動(dòng)；鉆孔模型包括固定鉆孔模型23和隨動(dòng)鉆孔模型24，錨桿5插入并錨固于隨動(dòng)鉆孔模型24和固定鉆孔模型23的鉆孔內(nèi)，固定鉆孔模型23固定安裝于工作測(cè)試臺(tái)2上，隨動(dòng)鉆孔模型24安裝于剪切滑塊72內(nèi)部且隨剪切滑塊72一起沿導(dǎo)向滑槽滑動(dòng)，使錨桿5在固定鉆孔模型23與隨動(dòng)鉆孔模型24之間形成剪切面；液壓傳感器105，液壓傳感器105安裝于剪切油缸71的加載油路系統(tǒng)上，用于測(cè)試剪切油缸71的系統(tǒng)壓力。

為避免剪切加載過(guò)程因錨桿5變形，固定鉆孔模型23的套管和隨動(dòng)鉆孔模型24的套管直接剪切錨桿5，沿錨桿5軸線垂直剪切面，在隨動(dòng)鉆孔模型24的套管頂部和固定鉆孔模型23的套管底部以及前機(jī)架的剪切面一側(cè)開(kāi)設(shè)有寬度和深度大于錨桿5直徑的豁口，以保證試驗(yàn)全過(guò)程由鉆孔模型對(duì)錨桿5進(jìn)行剪切。

進(jìn)一步地，隨動(dòng)鉆孔模型24通過(guò)模型固定套管92、浮筒91固定在剪切滑塊72的內(nèi)部，固定鉆孔模型23固定在前支撐座上，隨動(dòng)鉆孔模型24與固定鉆孔模型23同軸設(shè)置；同時(shí)，固定鉆孔模型23和隨動(dòng)鉆孔模型24通過(guò)鉆孔內(nèi)的錨固劑與錨桿5相粘結(jié)。

剪切油缸71固定于工作測(cè)試臺(tái)2的底座上，且其通過(guò)活塞桿與剪切滑塊72的底部連接，活塞桿的方向垂直于錨桿5的軸向，向剪切油缸71活塞桿腔供油時(shí)，剪切油缸71活塞桿回縮并驅(qū)動(dòng)剪切滑塊，帶動(dòng)內(nèi)部安裝的主軸及隨動(dòng)鉆孔模型24一起向下移動(dòng)，使隨動(dòng)鉆孔模型24與固定鉆孔模型23在分界面處發(fā)生相對(duì)滑移，從而對(duì)錨桿5施加剪切載荷。

剪切油缸71活塞腔的油路系統(tǒng)上安裝有用于防止活塞桿回縮的液控單向閥，用于非剪切試驗(yàn)過(guò)程的剪切油缸71閉鎖，避免剪切油缸71活塞桿的自動(dòng)回縮，以保證隨動(dòng)鉆孔模型24與固定鉆孔模型23在非剪切試驗(yàn)過(guò)程時(shí)處于同一軸線上。

優(yōu)選地，剪切油缸71的數(shù)量為兩個(gè)，且兩個(gè)剪切油缸71通過(guò)雙聯(lián)同步攪拌與安裝馬達(dá)以同步其運(yùn)動(dòng)速度。在剪切油缸71的加載油路系統(tǒng)上安裝有雙聯(lián)同步攪拌與安裝馬達(dá)，用于保證兩條剪切油缸71運(yùn)動(dòng)速度的一致性，防止剪切滑塊72沿直線滑移時(shí)發(fā)生偏斜，以保證對(duì)錨桿5施加垂直于錨桿5軸線的純剪切載荷。

同時(shí)，剪切油缸71通過(guò)控制系統(tǒng)控制先導(dǎo)比例減壓閥動(dòng)作，改變供液系統(tǒng)的壓力，可調(diào)節(jié)油缸輸出的剪切力；利用雙單向節(jié)流閥控制液壓系統(tǒng)流量，可改變油缸活塞桿的回縮速度，進(jìn)而控制剪切載荷的加載速度。

如圖7-8所示，沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)可獨(dú)立使用，也可與其他測(cè)試機(jī)構(gòu)配合使用，為了清楚地描述沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)，圖中未標(biāo)出其他測(cè)試機(jī)構(gòu)。

該沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：驅(qū)動(dòng)裝置20，驅(qū)動(dòng)裝置20包括電動(dòng)機(jī)201、電磁離合器202、減速器203、減速器滑座204和減速器托箱205，減速器203通過(guò)減速器托箱205安裝于減速器滑座204的導(dǎo)軌上，電動(dòng)機(jī)201安裝于減速器203的輸入端，電磁離合器202安裝于減速器203的輸出端；沖擊裝置8，沖擊裝置8包括擺錘81、擺臂82和擺錘滑座83；擺錘滑座83安裝于鉆孔模型上方的滑軌上，擺錘滑座83可在滑軌上直線滑動(dòng)，減速器203的輸出端轉(zhuǎn)動(dòng)穿設(shè)于擺錘滑座83，當(dāng)擺錘滑座83在滑軌上直線滑動(dòng)時(shí)可帶動(dòng)減速器203沿減速器滑座204的導(dǎo)軌同步直線滑動(dòng)；擺臂82的一端固定連接于電磁離合器202輸出端的擺軸上，且其在電動(dòng)機(jī)201、減速器203和電磁離合器202的驅(qū)動(dòng)下擺動(dòng)，擺錘81安裝于擺臂82的另一端，用于沿平行于錨桿5軸線方向撞擊沖擊梁62，以對(duì)錨桿5施加沿其軸線方向的沖擊載荷；瞬時(shí)松開(kāi)電磁離合器202以使擺錘81下擺，擺錘81用于在擺動(dòng)至最低點(diǎn)處時(shí)沿平行于錨桿5軸線方向撞擊沖擊梁62，以對(duì)錨桿5施加沿其軸線方向的沖擊載荷。

其中的錨桿5的鉆孔模型外露端通過(guò)托盤(pán)、螺母鎖緊固定于沖擊梁62上，且沖擊梁62上還設(shè)有與擺錘81對(duì)應(yīng)設(shè)置的沖擊砧塊。

角度編碼器107，角度編碼器107安裝于擺軸的外端部，以測(cè)試擺錘81的擺動(dòng)角度。電動(dòng)機(jī)201調(diào)整擺錘81的初始擺升角度，可以改變擺錘81獲得的初始勢(shì)能，進(jìn)而調(diào)整沖擊載荷。擺錘81在撞擊沖擊梁62前后，通過(guò)減速器203輸出端上的角度編碼器107測(cè)試其擺動(dòng)角度。擺動(dòng)角度包括沖擊前擺錘81擺升至一定高度時(shí)的擺角及沖擊后擺錘81自由回?cái)[至一定高度的擺角。

該沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)還包括鎖緊油缸84、緩沖油缸85，鎖緊油缸84沿垂直于錨桿5軸線的方向安裝于擺錘滑座83上，用于將沖擊裝置8鎖緊在沖擊加載的準(zhǔn)確位置，緩沖油缸85沿平行于錨桿5軸線的方向安裝于擺錘滑座83上，通過(guò)頂推擺錘滑座83使擺錘滑座83沿滑軌滑動(dòng)，并帶動(dòng)減速器托箱205沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，以準(zhǔn)確定位沖擊位置，吸收擺錘81撞擊沖擊梁62時(shí)產(chǎn)生的反向沖擊力；施加沖擊載荷前，通過(guò)推移擺錘滑座83以準(zhǔn)確定位沖擊點(diǎn)，緩沖油缸85可有效吸收擺錘81撞擊沖擊梁62時(shí)產(chǎn)生的反向沖擊力，并通過(guò)液壓系統(tǒng)安裝的直動(dòng)式溢流閥卸荷，降低反向沖擊力導(dǎo)致的系統(tǒng)增壓，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行有效保護(hù)。

可根據(jù)錨桿5軸向變形量，緩沖油缸85頂推擺錘滑座83并帶動(dòng)減速器托箱205沿各自導(dǎo)軌直線移動(dòng)，使擺錘81在自由下垂?fàn)顟B(tài)時(shí)，擺錘81沖擊端面貼緊沖擊梁62上的沖擊砧塊表面，保證了擺錘81在最低點(diǎn)位置撞擊沖擊梁62，并使擺錘81獲得的初始勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)實(shí)施沖擊。

該沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)采用多重閉鎖，保證了操作人員和設(shè)備安全。緩沖油缸與鉆臺(tái)復(fù)位油缸間相互閉鎖，錨桿5安裝時(shí)，該沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)不能啟動(dòng)；其所使用的失電型電磁離合器，使沖擊機(jī)構(gòu)在非工作狀態(tài)下閉鎖，擺錘81不能自由擺動(dòng)。

該實(shí)施例用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)在使用時(shí)，為了保證測(cè)試數(shù)據(jù)的真實(shí)性，錨桿5通過(guò)錨固劑與鉆孔模型的煤巖體物理模型93粘結(jié)。

進(jìn)一步地，煤巖體物理模型93優(yōu)選為真實(shí)的煤或巖石，此外，煤巖體物理模型93也可為與煤、巖石相似的其他工程材質(zhì)制成的鉆孔模型；錨固劑是由不飽和聚酯樹(shù)脂、固化劑、促進(jìn)劑和其它輔料，按一定比例配制而成的粘稠狀錨固粘接材料，由聚酯薄膜分割包裝呈圓柱狀藥卷，具有攪拌后常溫固化快，粘接強(qiáng)度高，錨固力可靠和耐久力好等優(yōu)良性能，確保測(cè)試數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》還提供了一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試方法，包括如下步驟：

S1、通過(guò)推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)帶動(dòng)錨桿沿安裝測(cè)試臺(tái)直線移動(dòng)并驅(qū)動(dòng)錨桿繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以將錨桿一端錨固在工作測(cè)試臺(tái)的鉆孔模型內(nèi)；并測(cè)試錨桿在推進(jìn)與攪拌錨固時(shí)的工藝參數(shù)；

具體而言：將安裝測(cè)試臺(tái)移動(dòng)至靠近煤巖體物理模型位置；向煤巖體物理模型鉆孔內(nèi)加入錨固劑；將待測(cè)錨桿的一端安裝于攪拌與安裝預(yù)緊裝置上；通過(guò)推進(jìn)裝置使錨桿沿軸向插入煤巖體物理模型鉆孔內(nèi)；通過(guò)攪拌與安裝預(yù)緊裝置使錨桿繞其軸線旋轉(zhuǎn)，錨桿充分?jǐn)嚢桢^固劑；通過(guò)動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器分別檢測(cè)推進(jìn)馬達(dá)和攪拌與安裝馬達(dá)的輸出軸扭矩和輸出軸轉(zhuǎn)速，并將檢測(cè)信息反饋至計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)算得出錨桿的推進(jìn)力、錨桿的推進(jìn)速度、錨桿的旋轉(zhuǎn)攪拌扭矩、錨桿的旋轉(zhuǎn)攪拌速度；

推進(jìn)力根據(jù)推進(jìn)馬達(dá)的輸出軸扭矩、滾珠絲杠直徑、滾珠絲杠螺旋升角、滾珠絲杠摩擦力及推進(jìn)平車(chē)摩擦力計(jì)算所得；推進(jìn)速度根據(jù)推進(jìn)馬達(dá)的輸出軸轉(zhuǎn)速和滾珠絲杠螺旋升角計(jì)算所得。錨桿的旋轉(zhuǎn)攪拌速度為攪拌與安裝馬達(dá)的輸出軸轉(zhuǎn)速；錨桿的旋轉(zhuǎn)攪拌扭矩為攪拌與安裝馬達(dá)的輸出軸扭矩。

S2、通過(guò)安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)鎖緊錨桿外露端的螺母，以對(duì)錨桿施加預(yù)緊力，并測(cè)試錨桿在預(yù)緊安裝時(shí)的受力；

具體而言：在待測(cè)錨桿一端錨固于工作測(cè)試臺(tái)的鉆孔模型后；通過(guò)攪拌與安裝預(yù)緊裝置擰緊錨桿尾部的螺母，以對(duì)錨桿施加預(yù)緊力；通過(guò)負(fù)荷傳感器測(cè)試錨桿預(yù)緊力；攪拌與安裝馬達(dá)通過(guò)控制系統(tǒng)控制先導(dǎo)比例減壓閥動(dòng)作，改變其供液系統(tǒng)的壓力以調(diào)節(jié)攪拌與安裝馬達(dá)的輸出扭矩。攪拌與安裝馬達(dá)通過(guò)控制系統(tǒng)控制比例調(diào)速閥動(dòng)作，改變攪拌與安裝馬達(dá)的進(jìn)油量以調(diào)節(jié)馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速。錨桿承受的預(yù)緊力使拉伸裝置產(chǎn)生壓力，而且壓力的大小與預(yù)緊力的大小相同；通過(guò)動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)試錨桿預(yù)緊時(shí)螺母承受的扭矩；通過(guò)靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)試錨桿預(yù)緊時(shí)錨桿桿體承受的扭矩；

S3、通過(guò)彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)錨桿施加彎曲載荷，并測(cè)試錨桿在彎曲時(shí)的力學(xué)性能；測(cè)試錨桿外露端軸線轉(zhuǎn)角，確定錨桿彎曲撓度；

具體而言：將待測(cè)的錨桿錨固于工作測(cè)試臺(tái)的鉆孔模型內(nèi)，在鉆孔模型的孔口段形成自由段，在鉆孔模型的孔底段形成錨固段；其中，錨桿一端插入鉆孔模型，并在鉆孔模型的孔底段通過(guò)錨固劑與其孔壁粘結(jié)形成錨固段，在不與其孔壁粘結(jié)的孔口段形成自由段；

進(jìn)一步地，鉆孔模型的全長(zhǎng)為煤巖體物理模型，錨固段長(zhǎng)度隨鉆孔模型內(nèi)裝入錨固劑的數(shù)量變化可隨意調(diào)整，直至進(jìn)行鉆孔模型全長(zhǎng)錨固。

通過(guò)偏轉(zhuǎn)裝置對(duì)錨桿施加彎曲載荷，使錨桿在鉆孔模型的孔口處形成第一彎曲部和在自由段與錨固段之間分界面處形成第二彎曲部；斜墊板對(duì)托盤(pán)具有力的作用；使用不同傾斜度的斜墊板使托盤(pán)的安裝面發(fā)生傾斜，從而改變托盤(pán)安裝面與鉆孔模型軸線之間的夾角，可分別使用傾斜角度為5°、10°、15°、20°、25°及30°的斜墊板改變托盤(pán)的安裝面。并通過(guò)彎曲應(yīng)力計(jì)分別測(cè)試第一彎曲部和第二彎曲部的彎曲應(yīng)力。

S4、通過(guò)軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)錨桿施加軸向拉伸載荷，并測(cè)試錨桿在軸向拉伸時(shí)的力學(xué)性能；

具體而言，將待測(cè)的錨桿一端錨固于工作測(cè)試臺(tái)的鉆孔模型后，通過(guò)拉伸油缸帶動(dòng)拉伸頂梁頂推作用于沖擊梁，使錨桿承受軸向拉伸載荷，并產(chǎn)生軸向拉伸變形；通過(guò)負(fù)荷傳感器測(cè)試?yán)祉斄号c沖擊梁之間的正壓力，正壓力與軸向拉伸載荷大小相同；通過(guò)位移傳感器分別測(cè)試錨桿兩端的位移量，并將所測(cè)位移量代數(shù)求和，得出錨桿軸向絕對(duì)形變量。

通過(guò)控制系統(tǒng)控制先導(dǎo)比例減壓閥動(dòng)作以改變供液系統(tǒng)的壓力，從而調(diào)節(jié)拉伸油缸活塞桿的推力；利用節(jié)流閥控制液壓系統(tǒng)流量，以改變拉伸油缸活塞桿的伸出速度，進(jìn)而控制錨桿軸向加載速度。

S5、通過(guò)剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)錨桿施加徑向剪切載荷，并測(cè)試錨桿在剪切時(shí)的力學(xué)性能；利用剪切油缸伸縮量或剪切滑塊滑移量，測(cè)試錨桿剪切面處的變形。

具體而言：將待測(cè)的錨桿錨固于固定鉆孔模型和隨動(dòng)鉆孔模型的鉆孔內(nèi)；進(jìn)行剪切試驗(yàn)的錨桿一端錨固于煤巖體物理模型鉆孔內(nèi)，孔口端的安裝托盤(pán)通過(guò)擰緊螺母預(yù)緊后，使隨動(dòng)鉆孔模型在剪切油缸的驅(qū)動(dòng)下沿錨桿徑向（垂直于錨桿軸線方向）滑移，模擬井下錨桿支護(hù)過(guò)程圍巖變形層面間錯(cuò)動(dòng)時(shí)，錨桿承受剪切載荷的過(guò)程。

隨動(dòng)鉆孔模型與固定鉆孔模型分界面發(fā)生滑動(dòng)，鉆孔模型相對(duì)滑動(dòng)的反方向一側(cè)孔壁擠壓錨桿，對(duì)錨桿形成剪切。隨動(dòng)鉆孔模型可以向垂直于錨桿軸線的360°任意方向滑動(dòng)，該試驗(yàn)臺(tái)剪切油缸安裝于試驗(yàn)臺(tái)底座上，隨動(dòng)鉆孔模型垂直向下滑移剪切錨桿。

剪切裝置在不施加剪切載荷時(shí)，剪切油缸活塞桿處于伸出狀態(tài)以使固定鉆孔模型與隨動(dòng)鉆孔模型處于同一軸線上；施加剪切載荷時(shí)，向剪切油缸內(nèi)供油，活塞桿回縮并驅(qū)動(dòng)剪切滑塊及隨動(dòng)鉆孔模型一起向下移動(dòng)，使固定鉆孔模型與隨動(dòng)鉆孔模型的分界面處相對(duì)滑移，從而對(duì)錨桿施加剪切載荷。

其中，剪切油缸通過(guò)控制系統(tǒng)控制先導(dǎo)比例減壓閥動(dòng)作，以改變供液系統(tǒng)的壓力，從而改變剪切油缸活塞桿輸出的剪切力；利用節(jié)流閥控制液壓系統(tǒng)流量，可改變剪切油缸活塞桿的回縮速度，進(jìn)而控制剪切載荷的加載速度。

通過(guò)液壓傳感器測(cè)試剪切油缸系統(tǒng)壓力；根據(jù)測(cè)試油缸系統(tǒng)壓力計(jì)算錨桿承受的剪切載荷。剪切載荷為油缸加載系統(tǒng)壓力與加載油缸面積的乘積。

S6、通過(guò)沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)錨桿施加軸向瞬時(shí)沖擊載荷，并測(cè)試錨桿沖擊時(shí)的力學(xué)性能。

具體而言：將待測(cè)的錨桿一端錨固于工作測(cè)試臺(tái)的鉆孔模型內(nèi)，錨桿的鉆孔模型外露端通過(guò)托盤(pán)、螺母鎖緊固定于沖擊梁上，并擰緊螺母施加預(yù)緊力，通過(guò)緩沖油缸準(zhǔn)確定位擺錘撞擊沖擊梁的沖擊點(diǎn)，并吸收擺錘撞擊沖擊梁時(shí)產(chǎn)生的反向沖擊力，通過(guò)其液壓系統(tǒng)安裝的直動(dòng)式溢流閥卸荷，降低反向沖擊力導(dǎo)致的系統(tǒng)增壓，以對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)；而且，根據(jù)錨桿軸向變形量，通過(guò)緩沖油缸頂推作用于擺錘滑座，以帶動(dòng)擺錘滑座沿滑軌滑動(dòng)及減速器托箱沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，使擺錘在自由下垂?fàn)顟B(tài)時(shí)貼緊沖擊梁上的沖擊砧塊表面；通過(guò)鎖緊油缸將沖擊裝置鎖緊在沖擊加載的準(zhǔn)確位置；啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，使沖擊裝置擺升至一定高度，以獲得初始勢(shì)能；通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，經(jīng)電磁離合器轉(zhuǎn)動(dòng)擺臂以擺升擺錘，使擺錘擺升至一定高度獲得初始勢(shì)能，且控制電動(dòng)機(jī)調(diào)整擺錘的初始擺升角度，以改變擺錘獲得的初始勢(shì)能；瞬間松開(kāi)離合器，使擺錘下擺并在最低點(diǎn)處沿平行于錨桿軸線的方向撞擊沖擊梁，擺錘的沖擊載荷傳遞給錨桿托盤(pán)后，經(jīng)螺母沿錨桿軸線的方向作用于錨桿桿體；擺錘在撞擊沖擊梁后自由擺升至一定高度，形成沖擊后勢(shì)能；利用角度編碼器記錄沖擊前后擺錘的擺升角度，并根據(jù)擺錘撞擊沖擊梁前后的勢(shì)能變化測(cè)定錨桿的沖擊載荷。

其中，通過(guò)位移傳感器分別測(cè)試在步驟S2-S6中錨桿兩端的位移量，并將所測(cè)位移量代數(shù)求和，得出錨桿軸向絕對(duì)形變量。

一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法專(zhuān)利目的

《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種用于測(cè)試錨桿支護(hù)施工過(guò)程工藝參數(shù)和錨桿支護(hù)工作過(guò)程綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法，使得能夠在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬錨桿安裝與支護(hù)工作過(guò)程，系統(tǒng)測(cè)試錨桿支護(hù)材料配套性和施工工藝參數(shù)，并對(duì)錨桿施加扭轉(zhuǎn)、拉伸、彎曲、剪切與沖擊等單項(xiàng)或多項(xiàng)組合外力，能夠準(zhǔn)確、有效地測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能。

一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法技術(shù)方案

《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》提供用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)包括安裝測(cè)試臺(tái)和與安裝測(cè)試臺(tái)對(duì)應(yīng)設(shè)置的工作測(cè)試臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)還包括：設(shè)置在所述安裝測(cè)試臺(tái)上的推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)、安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)，所述推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)錨桿繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并使錨桿沿安裝測(cè)試臺(tái)直線移動(dòng)，以將錨桿的一端錨固于工作測(cè)試臺(tái)的鉆孔模型內(nèi)；所述安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)擰緊錨桿外露端的螺母以對(duì)所述錨桿施加軸向預(yù)緊力；設(shè)置在工作測(cè)試臺(tái)上的彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)、軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)、剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)和沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)；所述彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)用于對(duì)錨桿施加彎曲載荷，使錨桿發(fā)生彎曲形變；所述軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)用于對(duì)錨桿施加軸向拉伸載荷，使錨桿發(fā)生軸向形變；所述剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)用于對(duì)錨桿施加剪切載荷，使錨桿發(fā)生徑向剪切形變；所述沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)用于對(duì)錨桿施加瞬時(shí)沖擊載荷，使錨桿發(fā)生沖擊形變。

其中，所述推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：推進(jìn)裝置，所述推進(jìn)裝置包括推進(jìn)馬達(dá)和滾珠絲杠，所述推進(jìn)馬達(dá)固定于所述安裝測(cè)試臺(tái)的端部，所述滾珠絲杠與推進(jìn)馬達(dá)的輸出軸固定連接；攪拌與安裝預(yù)緊裝置，所述攪拌與安裝預(yù)緊裝置包括攪拌與安裝馬達(dá)和推進(jìn)平車(chē)，所述推進(jìn)平車(chē)滑動(dòng)安裝于安裝測(cè)試臺(tái)頂面上的滑軌上，且推進(jìn)平車(chē)與滾珠絲杠的絲杠螺母固定連接，所述推進(jìn)平車(chē)上固定安裝有攪拌與安裝馬達(dá)，所述攪拌與安裝馬達(dá)用于驅(qū)動(dòng)錨桿繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器，兩個(gè)所述動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器分別安裝于推進(jìn)馬達(dá)的輸出軸上、攪拌與安裝馬達(dá)的輸出軸上。

其中，所述安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：拉伸裝置，所述拉伸裝置包括沖擊梁和拉伸頂梁，所述拉伸頂梁與沖擊梁對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于阻止沖擊梁沿錨桿軸向移動(dòng)；攪拌與安裝預(yù)緊裝置，所述攪拌與安裝預(yù)緊裝置上的攪拌與安裝馬達(dá)輸出端連接有安裝套筒，所述安裝套筒與所述錨桿外露端的螺母連接，所述安裝套筒在攪拌與安裝馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下繞所述錨桿的軸線旋轉(zhuǎn)，以使所述錨桿外露端固定于所述沖擊梁的端面上；負(fù)荷傳感器，所述負(fù)荷傳感器位于所述拉伸頂梁與沖擊梁之間，用于測(cè)試所述拉伸頂梁與沖擊梁之間的正壓力；動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器，所述動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器安裝于攪拌與安裝馬達(dá)輸出軸與安裝套筒之間，所述靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器與所述鉆孔模型的模型固定套管固定連接。

其中，所述彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：偏轉(zhuǎn)裝置、彎曲應(yīng)力計(jì)，所述錨桿一端插入鉆孔模型以形成錨固段與自由段，所述偏轉(zhuǎn)裝置套裝于錨桿的外露端，用于使所述錨桿發(fā)生彎曲變形，所述錨桿在鉆孔模型的孔口處形成第一彎曲部，在錨固段與自由段的分界面處形成第二彎曲部，所述彎曲應(yīng)力計(jì)分別安裝在第一彎曲部和第二彎曲部，用于測(cè)試錨桿的彎曲應(yīng)力。

其中，所述偏轉(zhuǎn)裝置包括斜墊板和托盤(pán)，所述托盤(pán)固定套設(shè)于位于錨固在鉆孔模型內(nèi)的錨桿外露端上，所述斜墊板安裝于鉆孔模型的孔口處，且位于托盤(pán)與沖擊梁之間，用于改變所述托盤(pán)安裝面法線與鉆孔模型軸線之間的夾角。

其中，所述軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)包括拉伸裝置、拉伸油缸、負(fù)荷傳感器和位移傳感器，所述拉伸裝置包括沖擊梁和拉伸頂梁，所述錨桿的外露端通過(guò)螺母、調(diào)心球形墊圈、托盤(pán)鎖緊于沖擊梁的端面上；所述拉伸頂梁在拉伸油缸的帶動(dòng)下頂推作用于沖擊梁，以使所述錨桿承受軸向拉伸載荷并發(fā)生軸向拉伸變形；所述負(fù)荷傳感器位于沖擊梁和拉伸頂梁之間，用于測(cè)試所述軸向拉伸載荷，所述位移傳感器分別安裝于錨桿的兩端，用于測(cè)試所述錨桿軸向變形量。

其中，所述拉伸油缸通過(guò)油缸機(jī)架安裝在工作測(cè)試臺(tái)上，且所述拉伸油缸的活塞桿與拉伸頂梁固定連接，用于驅(qū)動(dòng)所述拉伸頂梁沿錨桿的軸向頂推作用于所述沖擊梁上；所述位移傳感器的數(shù)量為兩個(gè)，其中一個(gè)所述位移傳感器位于錨桿的鉆孔模型外露端，且與錨桿端面中心處相連；另一個(gè)所述位移傳感器位于錨桿錨固段的鉆孔模型孔底端，且穿過(guò)靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的中心孔與錨桿端面中心處相連。

其中，所述剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：剪切裝置，所述剪切裝置包括剪切滑塊、剪切部機(jī)架，所述剪切部機(jī)架安裝于工作測(cè)試臺(tái)上，所述剪切部機(jī)架上設(shè)有垂直于錨桿軸向的導(dǎo)向滑槽，所述剪切滑塊滑動(dòng)安裝于所述導(dǎo)向滑槽內(nèi)；剪切油缸，所述剪切油缸與剪切滑塊對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于驅(qū)動(dòng)所述剪切滑塊沿所述導(dǎo)向滑槽滑動(dòng)；所述鉆孔模型包括固定鉆孔模型和隨動(dòng)鉆孔模型，所述錨桿插入并錨固于隨動(dòng)鉆孔模型和固定鉆孔模型的鉆孔內(nèi)，所述固定鉆孔模型固定安裝于工作測(cè)試臺(tái)上，所述隨動(dòng)鉆孔模型安裝于剪切滑塊內(nèi)部且隨所述剪切滑塊一起沿所述導(dǎo)向滑槽滑動(dòng)，使所述錨桿在固定鉆孔模型與隨動(dòng)鉆孔模型之間形成剪切面；液壓傳感器，所述液壓傳感器安裝于剪切油缸的加載油路系統(tǒng)上，用于測(cè)試剪切油缸的系統(tǒng)壓力。

其中，所述沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、電磁離合器、減速器、減速器滑座和減速器托箱，所述減速器通過(guò)減速器托箱安裝于減速器滑座的導(dǎo)軌上，所述電動(dòng)機(jī)安裝于所述減速器的輸入端，所述電磁離合器安裝于所述減速器的輸出端；沖擊裝置，所述沖擊裝置包括擺錘、擺臂和擺錘滑座；所述擺錘滑座安裝于所述鉆孔模型上方的滑軌上，所述擺臂的一端固定連接于電磁離合器輸出端的擺軸上，且其在所述電動(dòng)機(jī)、減速器和電磁離合器的驅(qū)動(dòng)下擺動(dòng)，所述擺錘安裝于所述擺臂的另一端，用于沿平行于錨桿軸線方向撞擊所述沖擊梁，以對(duì)所述錨桿施加沿其軸線方向的沖擊載荷；角度編碼器，所述角度編碼器安裝于擺軸的外端部，以測(cè)試所述擺錘的擺動(dòng)角度。

沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)還包括鎖緊油缸、緩沖油缸，所述緩沖油缸沿平行于錨桿軸線的方向安裝于擺錘滑座上，通過(guò)頂推擺錘滑座使擺錘滑座沿滑軌滑動(dòng)，并帶動(dòng)減速器托箱沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，所述鎖緊油缸沿垂直于錨桿軸線的方向安裝于擺錘滑座上，用于將擺錘滑座定位并鎖緊在沖擊位置。

一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試方法，包括如下步驟：

S1、通過(guò)推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)帶動(dòng)錨桿沿安裝測(cè)試臺(tái)直線移動(dòng)并驅(qū)動(dòng)錨桿繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以將錨桿一端錨固在工作測(cè)試臺(tái)的鉆孔模型內(nèi)；并測(cè)試錨桿在推進(jìn)與攪拌錨固時(shí)的工藝參數(shù)；

S2、通過(guò)安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)鎖緊錨桿外露端的螺母，以對(duì)錨桿施加預(yù)緊力，并測(cè)試錨桿在預(yù)緊安裝時(shí)的受力；

S3、通過(guò)彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)錨桿施加彎曲載荷，并測(cè)試錨桿在彎曲時(shí)的力學(xué)性能；

S4、通過(guò)軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)錨桿施加軸向拉伸載荷，并測(cè)試錨桿在軸向拉伸時(shí)的力學(xué)性能；

S5、通過(guò)剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)錨桿施加徑向剪切載荷，并測(cè)試錨桿在剪切時(shí)的力學(xué)性能；

S6、通過(guò)沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)錨桿施加軸向瞬時(shí)沖擊載荷，并測(cè)試錨桿沖擊時(shí)的力學(xué)性能。

其中，S1包括：通過(guò)動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器分別檢測(cè)推進(jìn)馬達(dá)和攪拌與安裝馬達(dá)的輸出軸扭矩和輸出軸轉(zhuǎn)速，并將檢測(cè)信息反饋至計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)算得出錨桿的推進(jìn)力、錨桿的推進(jìn)速度、錨桿的旋轉(zhuǎn)攪拌扭矩、錨桿的旋轉(zhuǎn)攪拌速度；

S2包括：通過(guò)動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)試錨桿預(yù)緊時(shí)螺母承受的扭矩；通過(guò)靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)試錨桿預(yù)緊時(shí)錨桿桿體承受的扭矩；通過(guò)負(fù)荷傳感器測(cè)試錨桿預(yù)緊力；

S3包括：通過(guò)彎曲應(yīng)力計(jì)分別安裝在錨桿上的第一彎曲部和第二彎曲部，以測(cè)試第一彎曲部和第二彎曲部的彎曲應(yīng)力；測(cè)試錨桿外露端軸線轉(zhuǎn)角，確定錨桿彎曲撓度；

S4包括：通過(guò)負(fù)荷傳感器測(cè)試?yán)祉斄号c沖擊梁之間的正壓力，正壓力與錨桿軸向拉伸載荷大小相同；

S5包括：通過(guò)液壓傳感器測(cè)試剪切油缸系統(tǒng)壓力；剪切載荷為油缸加載系統(tǒng)壓力與加載油缸面積的乘積；利用剪切油缸伸縮量或剪切滑塊滑移量，測(cè)試錨桿剪切面處的變形；

S6包括：通過(guò)角度編碼器分別測(cè)試擺錘沖擊前后的擺動(dòng)角度，并根據(jù)擺錘初始勢(shì)能與沖擊后勢(shì)能的差值測(cè)得錨桿所吸收的沖擊能量。

其中，通過(guò)位移傳感器分別測(cè)試在步驟S2-S6中錨桿兩端的位移量，并將所測(cè)位移量代數(shù)求和，得出錨桿軸向絕對(duì)形變量。

一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法有益效果

《一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試方法》的上述技術(shù)方案具有以下有益效果：該發(fā)明用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬錨桿安裝與支護(hù)工作全過(guò)程；通過(guò)該用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿施加扭轉(zhuǎn)、拉伸、彎曲、剪切與沖擊等單項(xiàng)或多項(xiàng)組合外力；采用相互獨(dú)立的加載系統(tǒng)對(duì)錨桿施加相應(yīng)載荷，可分別進(jìn)行錨桿安裝與工作過(guò)程中各種載荷的獨(dú)立試驗(yàn)，也可以進(jìn)行安裝受力與圍巖變形引起的拉伸、剪切與沖擊等幾種任意工作受力的組合加載試驗(yàn)；通過(guò)數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)能夠準(zhǔn)確、有效地測(cè)試錨桿在各種不同外力組合作用下的綜合力學(xué)性能；通過(guò)該用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)錨桿綜合力學(xué)性能的測(cè)試，為錨桿支護(hù)理論研究和復(fù)雜應(yīng)力條件下的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，對(duì)深化錨桿支護(hù)機(jī)理研究、提高錨桿支護(hù)可靠性和保證工程安全具有重要意義。

1.一種用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，包括安裝測(cè)試臺(tái)（1）和與安裝測(cè)試臺(tái)（1）對(duì)應(yīng)設(shè)置的工作測(cè)試臺(tái)（2），其特征在于：還包括：設(shè)置在所述安裝測(cè)試臺(tái)（1）上的推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)、安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)，所述推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)錨桿（5）繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并使錨桿（5）沿安裝測(cè)試臺(tái)（1）直線移動(dòng)，以將錨桿（5）的一端錨固于工作測(cè)試臺(tái)（2）的鉆孔模型內(nèi)；所述安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)擰緊錨桿（5）外露端的螺母以對(duì)所述錨桿（5）施加軸向預(yù)緊力；設(shè)置在工作測(cè)試臺(tái)（2）上的彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)、軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)、剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)和沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)；所述彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)用于對(duì)錨桿（5）施加彎曲載荷，使錨桿（5）發(fā)生彎曲形變；所述軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)用于對(duì)錨桿（5）施加軸向拉伸載荷，使錨桿（5）發(fā)生軸向形變；所述剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)用于對(duì)錨桿（5）施加剪切載荷，使錨桿（5）發(fā)生徑向剪切形變；所述沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)用于對(duì)錨桿（5）施加瞬時(shí)沖擊載荷，使錨桿（5）發(fā)生沖擊形變。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：推進(jìn)裝置（31），所述推進(jìn)裝置（31）包括推進(jìn)馬達(dá)（311）和滾珠絲杠（312），所述推進(jìn)馬達(dá)（311）固定于所述安裝測(cè)試臺(tái)（1）的端部，所述滾珠絲杠（312）與推進(jìn)馬達(dá)（311）的輸出軸固定連接；攪拌與安裝預(yù)緊裝置（32），所述攪拌與安裝預(yù)緊裝置（32）包括攪拌與安裝馬達(dá)（321）和推進(jìn)平車(chē)（322），所述推進(jìn)平車(chē)（322）滑動(dòng)安裝于安裝測(cè)試臺(tái)（1）頂面上的滑軌上，且推進(jìn)平車(chē)（322）與滾珠絲杠（312）的絲杠螺母固定連接，所述推進(jìn)平車(chē)（322）上固定安裝有攪拌與安裝馬達(dá)（321），所述攪拌與安裝馬達(dá)（321）用于驅(qū)動(dòng)錨桿（5）繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器（101），兩個(gè)所述動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器（101）分別安裝于推進(jìn)馬達(dá)（311）的輸出軸上、攪拌與安裝馬達(dá)（321）的輸出軸上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：拉伸裝置（6），所述拉伸裝置（6）包括沖擊梁（62）和拉伸頂梁（61），所述拉伸頂梁（61）與沖擊梁（62）對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于阻止沖擊梁（62）沿錨桿（5）軸向移動(dòng)；攪拌與安裝預(yù)緊裝置（32），所述攪拌與安裝預(yù)緊裝置（32）上的攪拌與安裝馬達(dá)（321）輸出端連接有安裝套筒（323），所述安裝套筒（323）與所述錨桿（5）外露端的螺母連接，所述安裝套筒（323）在攪拌與安裝馬達(dá)（321）的驅(qū)動(dòng)下繞所述錨桿（5）的軸線旋轉(zhuǎn)，以使所述錨桿（5）外露端固定于所述沖擊梁（62）的端面上；負(fù)荷傳感器（103），所述負(fù)荷傳感器（103）位于所述拉伸頂梁（61）與沖擊梁（62）之間，用于測(cè)試所述拉伸頂梁（61）與沖擊梁（62）之間的正壓力；動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器（101）和靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器（102），所述動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器（101）安裝于攪拌與安裝馬達(dá)（321）輸出軸與安裝套筒（323）之間，所述靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器（102）與所述鉆孔模型的模型固定套管（92）固定連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：偏轉(zhuǎn)裝置（4）、彎曲應(yīng)力計(jì)（104），所述錨桿（5）一端插入鉆孔模型以形成錨固段（22）與自由段（21），所述偏轉(zhuǎn)裝置（4）套裝于錨桿（5）的外露端，用于使所述錨桿（5）發(fā)生彎曲變形，所述錨桿（5）在鉆孔模型的孔口處形成第一彎曲部，在錨固段（22）與自由段（21）的分界面處形成第二彎曲部，所述彎曲應(yīng)力計(jì)（104）分別安裝在第一彎曲部和第二彎曲部，用于測(cè)試錨桿（5）的彎曲應(yīng)力。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)裝置（4）包括斜墊板（41）和托盤(pán)（42），所述托盤(pán)（42）固定套設(shè)于錨固在鉆孔模型內(nèi)的錨桿（5）的外露端上，所述斜墊板（41）安裝于鉆孔模型的孔口處，且位于托盤(pán)（42）與沖擊梁（62）之間，用于改變所述托盤(pán)（42）安裝面法線與鉆孔模型軸線之間的夾角。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)包括拉伸裝置（6）、拉伸油缸（63）、負(fù)荷傳感器（103）和位移傳感器（106），所述拉伸裝置（6）包括沖擊梁（62）和拉伸頂梁（61），所述錨桿（5）的外露端通過(guò)螺母、托盤(pán)、調(diào)心球形墊圈鎖緊于沖擊梁（62）的端面上；所述拉伸頂梁（61）在拉伸油缸（63）的帶動(dòng)下頂推作用于沖擊梁（62），以使所述錨桿（5）承受軸向拉伸載荷并發(fā)生軸向拉伸變形；所述負(fù)荷傳感器（103）位于沖擊梁（62）和拉伸頂梁（61）之間，用于測(cè)試所述軸向拉伸載荷，所述位移傳感器（106）分別安裝于錨桿（5）的兩端，用于測(cè)試所述軸向變形量。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述拉伸油缸（63）通過(guò)油缸機(jī)架安裝在工作測(cè)試臺(tái)（2）上，且所述拉伸油缸（63）的活塞桿與拉伸頂梁（61）固定連接，用于驅(qū)動(dòng)所述拉伸頂梁（61）沿錨桿（5）的軸向頂推作用于所述沖擊梁（62）上；所述位移傳感器（106）的數(shù)量為兩個(gè)，其中一個(gè)所述位移傳感器（106）位于錨桿（5）的鉆孔模型外露端，且與錨桿（5）端面中心處相連；另一個(gè)所述位移傳感器（106）位于錨桿（5）的錨固段鉆孔模型孔底端，且穿過(guò)靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器（102）的中心孔與錨桿（5）端面中心處相連。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：剪切裝置（7），所述剪切裝置（7）包括剪切滑塊（72）、剪切部機(jī)架（73），所述剪切部機(jī)架（73）安裝于工作測(cè)試臺(tái)（2）上，所述剪切部機(jī)架（73）上設(shè)有垂直于錨桿（5）軸向的導(dǎo)向滑槽，所述剪切滑塊（72）滑動(dòng)安裝于所述導(dǎo)向滑槽內(nèi)；剪切油缸（71），所述剪切油缸（71）與剪切滑塊（72）對(duì)應(yīng)設(shè)置，用于驅(qū)動(dòng)所述剪切滑塊（72）沿所述導(dǎo)向滑槽滑動(dòng)；所述鉆孔模型包括固定鉆孔模型（23）和隨動(dòng)鉆孔模型（24），所述錨桿（5）插入并錨固于隨動(dòng)鉆孔模型（24）和固定鉆孔模型（23）的鉆孔內(nèi)，所述固定鉆孔模型（23）固定安裝于工作測(cè)試臺(tái)（2）上，所述隨動(dòng)鉆孔模型（24）安裝于剪切滑塊（72）內(nèi)部且隨所述剪切滑塊（72）一起沿所述導(dǎo)向滑槽滑動(dòng)，使所述錨桿（5）在固定鉆孔模型（23）與隨動(dòng)鉆孔模型（24）之間形成剪切面；液壓傳感器（105），所述液壓傳感器（105）安裝于剪切油缸（71）的加載油路系統(tǒng)上，用于測(cè)試剪切油缸（71）的系統(tǒng)壓力。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)包括：驅(qū)動(dòng)裝置（20），所述驅(qū)動(dòng)裝置（20）包括電動(dòng)機(jī)（201）、電磁離合器（202）、減速器（203）、減速器滑座（204）和減速器托箱（205），所述減速器（203）通過(guò)減速器托箱（205）安裝于減速器滑座（204）的導(dǎo)軌上，所述電動(dòng)機(jī)（201）安裝于所述減速器（203）的輸入端，所述電磁離合器（202）安裝于所述減速器（203）的輸出端；沖擊裝置（8），所述沖擊裝置（8）包括擺錘（81）、擺臂（82）和擺錘滑座（83）；所述擺錘滑座（83）安裝于所述鉆孔模型上方的滑軌上，所述擺臂（82）的一端固定連接于電磁離合器（202）輸出端的擺軸上，且其在所述電動(dòng)機(jī)（201）、減速器（203）和電磁離合器（202）的驅(qū)動(dòng)下擺動(dòng)，所述擺錘（81）安裝于所述擺臂（82）的另一端，用于沿平行于錨桿（5）軸線方向撞擊所述沖擊梁（62），以對(duì)所述錨桿（5）施加沿其軸線方向的沖擊載荷；角度編碼器（107），所述角度編碼器（107）安裝于擺軸的外端部，以測(cè)試所述擺錘（81）的擺動(dòng)角度。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，還包括鎖緊油缸（84）、緩沖油缸（85），所述緩沖油缸（85）沿平行于錨桿（5）軸線的方向安裝于擺錘滑座（83）上，通過(guò)頂推擺錘滑座（83）使擺錘滑座（83）沿滑軌滑動(dòng)，并帶動(dòng)減速器托箱（205）沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，所述鎖緊油缸（84）沿垂直于錨桿（5）軸線的方向安裝于擺錘滑座（83）上，用于將擺錘滑座（83）定位并鎖緊在沖擊位置。

11.一種根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的用于測(cè)試錨桿綜合力學(xué)性能的試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、通過(guò)推進(jìn)與攪拌測(cè)試機(jī)構(gòu)帶動(dòng)錨桿沿安裝測(cè)試臺(tái)直線移動(dòng)并驅(qū)動(dòng)錨桿繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以將錨桿一端錨固在工作測(cè)試臺(tái)的鉆孔模型內(nèi)；并測(cè)試錨桿在推進(jìn)與攪拌錨固時(shí)的工藝參數(shù)；

S2、通過(guò)安裝預(yù)緊測(cè)試機(jī)構(gòu)鎖緊錨桿外露端的螺母，以對(duì)錨桿施加預(yù)緊力，并測(cè)試錨桿在預(yù)緊安裝時(shí)的受力；

S3、通過(guò)彎曲載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)錨桿施加彎曲載荷，并測(cè)試錨桿在彎曲時(shí)的力學(xué)性能；

S4、通過(guò)軸向載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)錨桿施加軸向拉伸載荷，并測(cè)試錨桿在軸向拉伸時(shí)的力學(xué)性能；

S5、通過(guò)剪切載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)錨桿施加徑向剪切載荷，并測(cè)試錨桿在剪切時(shí)的力學(xué)性能；

S6、通過(guò)沖擊載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)錨桿施加軸向瞬時(shí)沖擊載荷，并測(cè)試錨桿沖擊時(shí)的力學(xué)性能。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測(cè)試方法，其特征在于，

S1包括：通過(guò)動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器分別檢測(cè)推進(jìn)馬達(dá)和攪拌與安裝馬達(dá)的輸出軸扭矩和輸出軸轉(zhuǎn)速，并將檢測(cè)信息反饋至計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)算得出錨桿的推進(jìn)力、錨桿的推進(jìn)速度、錨桿的旋轉(zhuǎn)攪拌扭矩、錨桿的旋轉(zhuǎn)攪拌速度；

S2包括：通過(guò)動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)試錨桿預(yù)緊時(shí)螺母承受的扭矩；通過(guò)靜態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)試錨桿預(yù)緊時(shí)錨桿桿體承受的扭矩；通過(guò)負(fù)荷傳感器測(cè)試錨桿預(yù)緊力；

S3包括：通過(guò)彎曲應(yīng)力計(jì)分別安裝在錨桿上的第一彎曲部和第二彎曲部，以測(cè)試第一彎曲部和第二彎曲部的彎曲應(yīng)力；測(cè)試錨桿外露端軸線轉(zhuǎn)角，確定錨桿彎曲撓度；

S4包括：通過(guò)負(fù)荷傳感器測(cè)試?yán)祉斄号c沖擊梁之間的正壓力，正壓力與錨桿軸向拉伸載荷大小相同；

S5包括：通過(guò)液壓傳感器測(cè)試剪切油缸系統(tǒng)壓力；剪切載荷為油缸加載系統(tǒng)壓力與加載油缸面積的乘積；利用剪切油缸伸縮量或剪切滑塊滑移量，測(cè)試錨桿剪切面處的變形；

S6包括：通過(guò)角度編碼器分別測(cè)試擺錘沖擊前后的擺動(dòng)角度，并根據(jù)擺錘初始勢(shì)能與沖擊后勢(shì)能的差值測(cè)得錨桿所吸收的沖擊能量。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測(cè)試方法，其特征在于，通過(guò)位移傳感器分別測(cè)試在步驟S2-S6中錨桿兩端的位移量，并將所測(cè)位移量代數(shù)求和，得出錨桿軸向絕對(duì)形變量。

運(yùn)用現(xiàn)代光電子技術(shù)、遠(yuǎn)距離顯微成象技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)字圖象處理技術(shù)，研究適用于微小試樣和微小結(jié)構(gòu)力學(xué)性能檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，建立可用于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）結(jié)構(gòu)與材料力學(xué)性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。為MEMS結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和MEMS材料的力學(xué)性能研究以及逐步建立MEMS結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)特性測(cè)試規(guī)范提供可靠的實(shí)驗(yàn)手段。 2100433B

2021年4月30日，《木質(zhì)結(jié)構(gòu)材螺栓連接力學(xué)性能測(cè)試方法》發(fā)布。

2021年11月1日，《木質(zhì)結(jié)構(gòu)材螺栓連接力學(xué)性能測(cè)試方法》實(shí)施。