一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)的制作方法
【專利摘要】一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)，包括有加載框架、液壓動力系統(tǒng)和加載控制系統(tǒng)；加載框架設(shè)置在盾構(gòu)管片的外側(cè)；液壓動力系統(tǒng)上的液壓油缸作用在盾構(gòu)管片上，為盾構(gòu)管片提供載荷；加載控制系統(tǒng)與液壓動力系統(tǒng)連接，控制盾構(gòu)管片的載荷施加情況。本實用新型可模擬盾構(gòu)管片的實際載荷情況，為盾構(gòu)管片的理論研究提供技術(shù)平臺，適用于不同材料型號及尺寸規(guī)格的盾構(gòu)管片的力學(xué)性能試驗。
【專利說明】
一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及建筑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在我國地鐵區(qū)間隧道建設(shè)中，廣泛采用盾構(gòu)法施工技術(shù)，盾構(gòu)管片在地鐵隧 道施工中得到廣泛應(yīng)用。盾構(gòu)管片的工程造價約占地鐵隧道土建施工總造價的30%~45%。 盾構(gòu)管片不僅是隧道的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，也是影響隧道工程造價的一個重要因素。
[0003] 如果盾構(gòu)管片設(shè)計過于保守，會造成不必要的浪費(fèi)，增加工程的造價;如果盾構(gòu)管 片設(shè)計值偏小，則使工程存在安全隱患。因此，必須對盾構(gòu)管片的力學(xué)性能進(jìn)行相應(yīng)的試 驗，模擬實際載荷情況，試驗其各項設(shè)計指標(biāo)的符合性。
[0004] 目前，國內(nèi)盾構(gòu)管片的試驗方式主要是模型試驗、局部試驗和簡化試驗。由于模型 結(jié)構(gòu)的粗略化及模型材料的離散型，局部試驗的尺寸效應(yīng)和諸多忽略因素等，均難以真實 實現(xiàn)對管片結(jié)構(gòu)的細(xì)部特征及結(jié)構(gòu)承載力、失穩(wěn)、破壞特征等力學(xué)特性的模擬。
[0005] 在國外，關(guān)于襯砌的試驗做過較多。尤其在日本，盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展迅速和技術(shù)水平均 處國際前列。在2003年，日本進(jìn)行了雙圓矩形盾構(gòu)襯砌1:1原型試驗研究，提出了一種新的 盾構(gòu)隧道斷面形式，該襯砌為雙孔矩形，其襯砌外層為銅結(jié)構(gòu)，內(nèi)部灌注混凝土，形成一種 組合結(jié)構(gòu)的襯砌。
[0006] 在國內(nèi)，1999年上海隧道工程股份有限公司施工技術(shù)研究所對雙圓襯砌先后進(jìn)行 了三次通縫拼裝和三次錯縫拼裝的模型試驗(按1:3的模型），試驗加載采用六點集中加載 的加載方案。由于是1:3的模型試驗，試驗的結(jié)果與實際襯砌結(jié)構(gòu)在實際受力情況下的結(jié)果 之間存在差異。
[0007] 2008年西南交通大學(xué)地下工程系，對南京長江隧道大斷面水下盾構(gòu)隧道襯砌管片 進(jìn)行了原型結(jié)構(gòu)加載試驗。針對大斷面水下盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)特點，提出管片結(jié)構(gòu)(包括接 縫結(jié)構(gòu)及整環(huán)襯砌結(jié)構(gòu)）的原型試驗加載方法，并自主研發(fā)多功能盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)加載試驗 系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)不同需求進(jìn)行組裝和拆卸，既可進(jìn)行管片接頭力學(xué)試驗，又可成功將水 壓與土壓分離，進(jìn)行管片襯砌結(jié)構(gòu)的加載試驗。
[0008] 上述試驗設(shè)備均具有實際工程項目背景，即，針對解決工程項目中產(chǎn)生的實際問 題而建設(shè)的，所以大多數(shù)試驗設(shè)備在試驗結(jié)束后均已拆除;試驗設(shè)備采用1:1的模式搭建的 試驗機(jī)很少。這對盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)形式、管片計算方法、管片結(jié)構(gòu)承載模式、管片配筋形式和 連接方式等方面的研究是不利的。
[0009] 盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)的搭建，有以下好處：
[0010] (1)彌補(bǔ)國內(nèi)盾構(gòu)管片大型試驗設(shè)備的空白，豐富理論研究的手段，驗證理論研究 成果；
[0011] (2)形成盾構(gòu)隧道管片1:1原型試驗的能力，提供通過1:1試驗修正盾構(gòu)管片設(shè)計 理論和優(yōu)化設(shè)計方法的手段；
[0012] (3)可以使企業(yè)具備承擔(dān)盾構(gòu)管片連接方式優(yōu)化、盾構(gòu)管片配筋形式優(yōu)化、盾構(gòu)管 片新材料研發(fā)(鋼纖維混凝土管片）、盾構(gòu)管片幾何尺寸優(yōu)化的能力；
[0013] (4)提升企業(yè)在地鐵盾構(gòu)隧道項目方面的競爭力。 【實用新型內(nèi)容】
[0014] 本實用新型的目的是針對上述技術(shù)問題，提供了一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)， 可適用于不同材料型號及尺寸規(guī)格的盾構(gòu)管片的力學(xué)性能試驗;可模擬盾構(gòu)管片的實際載 荷情況，為盾構(gòu)管片的理論研究提供技術(shù)平臺。
[0015] 本實用新型的技術(shù)方案
[0016] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供的一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)，包括加 載框架，液壓動力系統(tǒng)，加載控制系統(tǒng)。
[0017] 加載框架設(shè)置在盾構(gòu)管片的外側(cè)；液壓動力系統(tǒng)上的液壓油缸作用在盾構(gòu)管片 上，為盾構(gòu)管片提供載荷;加載控制系統(tǒng)與液壓動力系統(tǒng)連接，控制盾構(gòu)管片的載荷施加情 況。
[0018] 進(jìn)一步地，所述加載框架包括徑向反力鋼桁架，軸向調(diào)質(zhì)鋼反力架，墊梁及加載 梁;墊梁及加載梁設(shè)置在盾構(gòu)管片外側(cè)，液壓油缸作用在墊梁及加載梁上。
[0019] 進(jìn)一步地，所述徑向反力鋼桁架的平面形狀為正十二邊形，其環(huán)向采用平面桁架 結(jié)構(gòu)，豎向通過角點立柱連接，環(huán)向和豎向通過高強(qiáng)度螺栓拼接。
[0020] 進(jìn)一步地，所述的液壓動力系統(tǒng)包括十二組液壓站及液壓油缸，每組液壓站與三 個液壓油缸連接;液壓油缸的最大推力為2000KN。
[0021] 進(jìn)一步地，所述的加載控制系統(tǒng)包括載荷傳感器、位移傳感器、信號線、控制臺，其 中，載荷傳感器設(shè)置在液壓油缸的端部，位移傳感器設(shè)置在液壓油缸的內(nèi)部。
[0022]本實用新型有益效果：
[0023]本實用新型提供的一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)，可適用于不同材料型號及尺寸 規(guī)格的盾構(gòu)管片的力學(xué)性能試驗;可模擬盾構(gòu)管片的實際載荷情況，為盾構(gòu)管片的理論研 究提供技術(shù)平臺。
【附圖說明】
[0024]圖1是一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是加載框架之徑向反力鋼桁架俯視圖；
[0026]圖3是徑向平衡式加載示意圖；
[0027]圖4是徑向不平衡加載示意圖；
[0028]圖5是盾構(gòu)管片三環(huán)試驗豎向加載點示意圖；
[0029] 圖6是盾構(gòu)管片二環(huán)試驗豎向加載點示意圖；
[0030] 圖7是盾構(gòu)管片單環(huán)試驗豎向加載點示意圖。
[0031] 其中：
[0032] 1.加載框架;2.液壓動力系統(tǒng);3.加載控制系統(tǒng);4.盾構(gòu)管片;5.液壓油缸。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0034] 圖1為盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括加載框架1，液壓動力系統(tǒng) 2,加載控制系統(tǒng)3。
[0035] 加載框架1設(shè)置在盾構(gòu)管片4的外側(cè);液壓動力系統(tǒng)2上的液壓油缸5作用在盾構(gòu)管 片4上，為盾構(gòu)管片4提供載荷;加載控制系統(tǒng)3與液壓動力系統(tǒng)2連接，控制盾構(gòu)管片4的載 荷施加情況。
[0036]加載框架1包括徑向反力鋼桁架，軸向調(diào)質(zhì)鋼反力架，墊梁及加載梁;墊梁及加載 梁設(shè)置在盾構(gòu)管片4外側(cè)，液壓油缸5作用在墊梁及加載梁上。
[0037]圖2是加載框架之徑向反力鋼桁架俯視圖，其平面形狀為正十二邊形，其環(huán)向采用 平面桁架結(jié)構(gòu)，豎向通過角點立柱連接，環(huán)向和豎向通過高強(qiáng)度螺栓拼接。
[0038] 所述的液壓動力系統(tǒng)2包括十二組液壓站及液壓油缸5,每組液壓站與三個液壓油 缸5連接;液壓油缸5的最大推力為2000KN。
[0039]所述的加載控制系統(tǒng)3包括載荷傳感器、位移傳感器、信號線、控制臺，其中，載荷 傳感器設(shè)置在液壓油缸5的端部，位移傳感器設(shè)置在液壓油缸5的內(nèi)部。
[0040] -種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)的試驗方法，包括以下步驟：
[0041 ] S1，核實盾構(gòu)管片4的材料類型及幾何尺寸，確定試驗場地及試驗類型；
[0042]具體地，本試驗機(jī)可用于多種幾何尺寸的盾構(gòu)管片的試驗，其具體明細(xì)，如表1所 不。
[0043]表1盾構(gòu)管片幾何尺寸明細(xì)
[0045] 本試驗機(jī)可進(jìn)行盾構(gòu)管片的三環(huán)試驗、二環(huán)試驗機(jī)單環(huán)試驗。
[0046] S2,根據(jù)盾構(gòu)管片4的試驗參數(shù)，搭建加載框架1;
[0047] 具體地，根據(jù)盾構(gòu)管片的幾何尺寸及試驗類型，搭建加載框架1，圖1所示的一種盾 構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)為盾構(gòu)管片三環(huán)試驗示意圖。
[0048] S3,在加載框架1的外部布置液壓動力系統(tǒng)2,在盾構(gòu)管片4的周向設(shè)置十二個加載 點，并安裝、調(diào)試加載控制系統(tǒng)3;
[0049] S4,通過加載控制系統(tǒng)3給盾構(gòu)管片4加載；
[0050] 在此步驟中，盾構(gòu)管片4的加載方式包括徑向平衡式加載、徑向不平衡式加載，其 為等比例逐級加載。
[0051 ]圖3是徑向平衡式加載示意圖，其最大徑向加載力為2000KNX 12組X 3;圖4是徑向 不平衡加載示意圖，其最大加載力為2000KN，最小加載力為500KN。
[0052]圖5是盾構(gòu)管片三環(huán)試驗豎向加載點示意圖，圖6是盾構(gòu)管片二環(huán)試驗豎向加載點 示意圖，圖7是盾構(gòu)管片單環(huán)試驗豎向加載點示意圖。實際加載時，根據(jù)圖5-7所示的加載點 在豎向的比例關(guān)系，計算在盾構(gòu)管片上的加載點，進(jìn)行相應(yīng)的載荷施加。
[0053]加載在盾構(gòu)管片上的徑向加載力和軸向加載力必須等比例逐級加載，每次加荷 10KN，加荷完成后，靜停lmin記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，直至加載至預(yù)定荷載。
[0054] S5,試驗人員通過加載控制系統(tǒng)3上的控制臺采集、分析試驗數(shù)據(jù)。
[0055] 本實用新型提供的一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)，可適用于不同材料型號及尺寸 規(guī)格的盾構(gòu)管片的力學(xué)性能試驗;可模擬盾構(gòu)管片的實際載荷情況，為盾構(gòu)管片的理論研 究提供技術(shù)平臺。
[0056] 本實用新型不局限于上述實施方式，任何人在本實用新型的啟示下都可得出其他 各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似 的技術(shù)方案，均落在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)，其特征在于，包括加載框架（I)，液壓動力系統(tǒng)（2)， 加載控制系統(tǒng)（3 );加載框架（1)設(shè)置在盾構(gòu)管片(4 )的外側(cè);液壓動力系統(tǒng)(2 )上的液壓油 缸(5)作用在盾構(gòu)管片(4)上，為盾構(gòu)管片(4)提供載荷;加載控制系統(tǒng)(3)與液壓動力系統(tǒng) (2)連接，控制盾構(gòu)管片(4)的載荷施加情況。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)，其特征在于，所述加載框架 (1)包括徑向反力鋼桁架，軸向調(diào)質(zhì)鋼反力架，墊梁及加載梁;墊梁及加載梁設(shè)置在盾構(gòu)管 片(4)外側(cè)，液壓油缸(5)作用在墊梁及加載梁上。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)，其特征在于，所述徑向反力鋼 桁架的平面形狀為正十二邊形，其環(huán)向采用平面桁架結(jié)構(gòu)，豎向通過角點立柱連接，環(huán)向和 豎向通過高強(qiáng)度螺栓拼接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)，其特征在于，所述的液壓動力 系統(tǒng)(2)包括十二組液壓站及液壓油缸(5)，每組液壓站與三個液壓油缸(5)連接;液壓油缸 (5)的最大推力為2000KN。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)管片力學(xué)性能試驗機(jī)，其特征在于，所述的加載控制 系統(tǒng)(3)包括載荷傳感器、位移傳感器、信號線、控制臺，其中，載荷傳感器設(shè)置在液壓油缸 (5)的端部，位移傳感器設(shè)置在液壓油缸(5)的內(nèi)部。
【文檔編號】G01M13/00GK205562159SQ201620298671
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】馬程昊, 馬慶松, 秦會來, 油新華, 張偉, 平洋, 張清林, 許國光
【申請人】中國建筑股份有限公司, 北京中建柏利工程技術(shù)發(fā)展有限公司