复杂受力条件下锚杆变形的光纤光栅监测实验研究

发布时间：2020-06-30 12:07

【摘要】：随着我国锚杆支护技术的普及与推广,锚杆支护成为了目前煤矿支护方式中最主要的方式。但由于锚杆属于隐蔽工程,为了保证锚杆的安全使用,了解锚杆在其安装后的受力状况并进行有效的监测,对锚杆支护的可靠性具有很大的工作意义,同时在保证煤矿安全生产中起到了很大的作用。对于锚杆切向载荷的监测,选用了光纤布拉格光栅传感器,简单了解了其传感理论。同时通过布置光纤布拉格光栅传感器在锚杆上,利用数学公式的理论推导与实验验证相结合的方法,证明了该种方法在监测锚杆受切向荷载的条件下情况。首先,本文通过分析获取角度所需的数据来布置光纤布拉格光栅传感器,通过数学公式的理论推导,来得到一组只关于锚杆应变值的计算公式,将实验所得到的数据代入公式中,得到该布置方式能够实测锚杆的受力方向角度。再通过7组实验来分析锚杆在受到切向荷载时的挠度大小问题,与实测进行比对,得到了光纤布拉格光栅传感器作为一种应变传感器的可行性及可靠性,其精度相比普通应变传感器更加的精确。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD353.6
【图文】：

太原理工大学硕士研究生学位论文该锚杆与实际使用的锚杆相同，同时在该锚杆杆体一侧沿锚杆轴向方向开一矩形断面沟槽，并在其矩形断面沟槽内按照不同的间距纵向的贴上电阻应变片。电阻应变片应该分别引出两条脚线，与在锚杆尾部保护套之内的集中插头相连接。同时用树脂环氧胶将应变片和布线粘贴，再通过中间联线和电阻应变仪相连。当锚杆受力变形后，粘贴在其上的电阻应变片随之发生变形，其应变片线栅电阻发生变化，再通过应变仪可以算出各应变片不同时间的应变值。根据弹性力学计算出其应力，从而可计算出贴片处的轴向力[10]。这种应变片由于应变片的绝缘电阻低，黏结固化后易于产生零点漂移，影响精度，同时在井下潮湿环境等相关因素作用下绝缘电阻很难保持稳定，从而造成数据上的误差，影响监测的准确性。

图 1-2 CD 型钢弦式测力锚杆Fig. 1-2 CD shaped steel chord force measuring bolt（3）加速度传感器无损动力检测装置湖南科技大学的李青峰和朱川曲发明了一种加速度传感器无损动力检测装置。这种监测装置由图 1-3 中的（3）锚杆连接杆、（4）连接杆紧固螺母、（5）加速度传感器、（6）激振撞杆、（7）承压筒、（8）信号传输线、（9）信号采集分析仪、（10）扭矩扳手组成，通过连接杆螺纹固定在锚杆端头，由加速度传感器构成的检测装置来获取数据，最后通过相应的计算，来获得锚杆工作载荷的监测[12]。这种方式的问题在于现场安装以及井下特殊环境的影响，对于其测量的精度会造成影响，同时由于其采取机械的方式监测，受现场扰动较大，不利于长期观测。

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本文编号：2735288