摘要： 针对传统锚索应力监测技术难以实现索体全长范围应力和应变监测的难题,采用仪器设计、理论分析 和数值模拟方法,设计了一种基于光纤光栅传感技术和螺旋布纤方式的矿用测力锚索。通过将光纤布拉格光栅 (FBG)传感器嵌入至锚索外丝的螺旋凹槽内,对锚索内部和全长范围的应力、应变进行监测。结合几何投影和弹性理 论,建立了锚索内外丝轴向应力和应变关系,并利用空间直角坐标系进行三维坐标拟合,分析锚索轴向力和扭转变 形,提出了索体轴力及扭转的耦合计算方法。同时,基于ABAQUS 数值模拟验证了理论模型的准确性。研究表明:基 于螺旋布纤方式的矿用测力锚索理论模型在弹性阶段具有较低的误差,平均误差为3%,最大误差为9%;进一步解释 了锚索荷载传递机制。该螺旋布纤方式新型矿用测力锚索可实现锚索全长范围内应力和应变的实时监测,对巷道围 岩支护的安全评估和灾害预警提供了重要的技术支持。

关键词: 光纤光栅传感器　矿用测力锚索　ABAQUS　应力监测