CN102607939A - 地下管道震动模拟试验用组合式液压加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地下管道震动模拟试验用组合式液压加载装置。包括三套以上结构相同的液压加载装置组成；每套的直线导轨上装有运动平台，旋转装置中间的旋转轴与运动平台转动连接；在直线导轨延长线方向的运动平台一侧的作动头连接件依次装有荷载传感器和作动头，液压作动器的两端安装在水平力支撑件和水平力支撑件上，反力支撑件上固定编码器，编码器与运动平台一侧编码器连接件水平连接，液压作动器上的液压管接头与液压泵连接，编码器及荷载传感器均通过NI-6251数据采集板卡与电脑连接。本发明能模拟在外力作用下不同形状及大小管材震后的破损特征及管道接口在弯剪作用下的破坏情况，还适用于为岩土工程与结构工程学科的实验加载设备。

Description

地下管道震动模拟试验用组合式液压加载装置
技术领域
本发明涉及一种液压加载装置，尤其是涉及一种地下管道震动模拟试验用组合式液压加载装置。
背景技术
地震是对人类社会危害最大的突发性自然灾害之一，地震发生时，可以在短时间内给人类带来巨大的伤亡和经济损失。而地震产生的次生灾害，对人类生命和财产的危害也越来越大。
城市供水管网作为现代城市生存和发展的命脉，其在地震过程中的抗震性显得尤为重要，结合汶川地震中供水管道的震害现象，对现场的管道破坏形态进行了分析，发现管道破坏主要有管体破坏、接口破坏和附件破坏几种形式，其中接口破坏除了受到拉拔作用而发生破坏外，也有很多接口破坏是由于受到土体横向位移而产生的弯曲应力和剪应力。但目前的抗震规范中对地下管道只考虑轴向应力的破坏，所以发明本装置主要为了研究不同形状及大小管材震后的破损特征及管道接口在弯剪作用下的破坏情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地下管道震动模拟试验用组合式液压加载装置，是能够模拟和测试管道在横向外力作用下的应力场和变形场，再现地下管道爆裂破坏情况。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
包括三套以上结构相同的液压加载装置组成；每套均与基础底板与地面固定连接，两根直线导轨平行固接在基础底板上，两根直线导轨分别通过各自线性滑块与运动平台连接，运动平台中间固定有旋转装置，旋转装置中间的旋转轴与运动平台转动连接；在两根直线导轨延长线方向的运动平台一侧依次与作动头连接件连接，作动头连接件为两块角钢，分别对称固定在运动平台的上、下面上，两根角钢的垂直面用一块钢板与运动平台垂直固定，钢板的中心扩有螺栓孔，通过螺栓孔用螺杆与荷载传感器的一端连接，荷载传感器的另一端也用螺杆与作动头连接，作动头为两块钢板叠焊形成，作动头中心扩有螺栓孔，其中一块钢板螺栓孔与荷载传感器的一端连接，另一块钢板的螺栓孔与液压作动器的活塞杆连接；作动器底板的两端上分别安装有反力支撑件和水平力支撑件，反力支撑件位于靠近作动头的一侧，水平力支撑件位于远离作动头的一侧，液压作动器的两端安装在水平力支撑件和水平力支撑件上，反力支撑件上固定一个编码器，编码器与运动平台一侧编码器连接件水平连接，液压作动器上的液压管接头与液压泵连接，编码器及荷载传感器均通过NI-6251数据采集板卡与电脑连接，构成一套液压往复加载装置。
本发明具有的有益效果是：
本发明不仅能模拟在外力作用下（例如地震时、土体发生滑坡或者横向位移）地下供水管网管道和接口抗震能力试验，同时还适用于为岩土工程与结构工程学科的实验加载设备之用。本发明可以很好地模拟管道在横向外力作用下的应力应变情况，便于研究震后管道破损特征以及不同管材和接口的抗震性能。
附图说明
图1是本发明的俯视图。
图2是本发明的主视图。
图3是本发明的组合式液压加载装置进行管道试验安装图。
图中：1、作动器底板，2、水平力支撑件，3、液压作动器，4、反力支撑件，5、作动头，6、基础底板，7、直线导轨，8、作动头连接件，9、线性滑块，10、旋转装置，11、运动平台，12、荷载传感器，13、编码器，14、旋转轴，15、气泵，16、液压泵，17、NI-6251数据采集卡，18、试验管道，19、气压传感器，20、编码器连接件，21、抱箍，22、液压管接头，23、电脑。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明包括三套以上结构相同的液压加载装置组成；每套均与基础底板6与地面固定连接，两根直线导轨7平行固接在基础底板6上，两根直线导轨7分别通过各自线性滑块9与运动平台11连接，运动平台11中间固定有旋转装置10，旋转装置10中间的旋转轴14与运动平台11转动连接；在两根直线导轨7延长线方向的运动平台11一侧依次与作动头连接件8连接，作动头连接件8为两块角钢，分别对称固定在运动平台11的上、下面上，两根角钢的垂直面用一块钢板与运动平台11垂直固定，钢板的中心扩有螺栓孔，通过螺栓孔用螺杆与荷载传感器12的一端连接，荷载传感器12的另一端也用螺杆与作动头5连接，作动头5为两块钢板叠焊形成，作动头5中心扩有螺栓孔，其中一块钢板螺栓孔与荷载传感器12的一端连接，另一块钢板的螺栓孔与液压作动器3的活塞杆连接；作动器底板1的两端上分别安装有反力支撑件4和水平力支撑件2，反力支撑件4位于靠近作动头5的一侧，水平力支撑件2位于远离作动头5的一侧，液压作动器3的两端安装在水平力支撑件2和水平力支撑件2上，反力支撑件4上固定一个编码器13，编码器13与运动平台一侧编码器连接件20水平连接，液压作动器3上的液压管接头22与液压泵16连接，编码器13及荷载传感器12均通过NI-6251数据采集板卡17与电脑21连接，构成一套液压往复加载装置。
本发明的工作原理是：
如图3所示，为了研究不同管材震后的破损特征及管道接口在弯剪作用下的破坏情况，在外力作用下（例如地震时土体发生滑坡或者横向位移）地下供水管网管道和接口抗震性能试验。试验系统包括A、B、C三套液压往复加载装置， 一台液压泵16，一台气泵15，一只气压传感器19，一台电脑23，一套NI-6251数据采集卡17，三只抱箍21，试验管道为160mm管径的球墨铸铁管、U-PVC管或AGR管各两根，封口垫片螺杆若干。
a、试验时把A、B、C三套液压往复加载装置根据不同的管道形状及长度，错开放置形式用地锚螺栓与地面安装连接，这样可以使弯曲最大位移为1200mm。为了模拟管道在土体中受到的摩擦和约束，运动平台上的旋转装置采用固定和活动两种，当使用长螺丝时约束锁死，采用短螺丝时约束可自由转动。
b、将要做的试验管道18笔直安放在运动平台上，用抱箍21把试验管道18与旋转装置固定好，为了避免弯曲过程中对管道自身的破坏，采用两端抱箍拧紧，中间抱箍较松的形式。液压泵16上的三路液压阀油管接头分别用油管与A、B、C三套液压往复加载装置上的液压管接头。
c、在试验管道18连接气泵的一端安装一只三通阀门，三通的一端与管道连接，另一端与气泵15用气管连接，剩下一端与气压传感器连接。为了更直观地观察管道接头的连接性能，在试验管道18管壁上刻上刻度线或在试验管道表面安装钢皮尺，用来测量管道连接头的变形位移。同时用数据线把A、B、C三套液压往复加载装置上的液压传感器、编码器及管道上的气压传感器通过NI-6251数据采集卡与电脑连接。
d、做好准备工作后开始进行试验，在弯曲试验中，管内压强为0.2MPa，用气泵往管内输入设定的气压0.2MPa，用电脑实时采集气压传感器、荷载传感器及编码器读数，并在管道接口读出钢皮尺的初始位移。然后控制液压泵上的一路液压阀把B液压往复加载装置缓慢向内侧收缩到一定的行程，观察管道接口处是否有漏气降压现象，记录过程中的气压传感器、荷载传感器及编码器的读数和接口处的位移并记录下此状态下的管道形状，当B液压往复加载装置向内侧收缩600mm时停止中间的B液压往复加载装置，然后控制液压泵上的另两路液压阀，分别让A和C液压往复加载装置同时缓慢地向外侧推到一定的行程，同样记录试验数据和管道形状。
e、做弯剪破坏试验的同时，为了研究管材在轴线方向上的抗拉性能，将管材一端的抱箍约束完全放松，慢慢加大管内压强，观察管道接头在何时发生位移和冲脱，在加压过程中用电脑实时记录气压传感器的的压力。
f、做完一组试验后先将液压平台移回到原来位置，再松掉抱箍，更换另一种管材，安照b；c；d；e步骤继续进行试验。
g、如a所述，可根据不同的试验方法，可利用三套或三套以上液压往复加载装置，来研究不同形状及大小的管材震后的破损特征及管道接口在弯剪作用下的破坏情况。

Claims (1)

1.一种地下管道震动模拟试验用组合式液压加载装置，其特征在于：包括三套以上结构相同的液压加载装置组成；每套均与基础底板(6)与地面固定连接，两根直线导轨(7)平行固接在基础底板(6)上，两根直线导轨(7)分别通过各自线性滑块(9)与运动平台(11)连接，运动平台(11)中间固定有旋转装置(10)，旋转装置(10)中间的旋转轴(14)与运动平台(11)转动连接；在两根直线导轨(7)延长线方向的运动平台(11)一侧依次与作动头连接件(8)连接，作动头连接件(8)为两块角钢，分别对称固定在运动平台(11)的上、下面上，两根角钢的垂直面用一块钢板与运动平台(11)垂直固定，钢板的中心扩有螺栓孔，通过螺栓孔用螺杆与荷载传感器(12)的一端连接，荷载传感器(12)的另一端也用螺杆与作动头(5)连接，作动头(5)为两块钢板叠焊形成，作动头(5)中心扩有螺栓孔，其中一块钢板螺栓孔与荷载传感器(12)的一端连接，另一块钢板的螺栓孔与液压作动器(3)的活塞杆连接；作动器底板(1)的两端上分别安装有反力支撑件(4)和水平力支撑件(2)，反力支撑件(4)位于靠近作动头(5)的一侧，水平力支撑件(2)位于远离作动头(5)的一侧，液压作动器(3)的两端安装在水平力支撑件(2)和水平力支撑件(2)上，反力支撑件(4)上固定一个编码器(13)，编码器(13)与运动平台一侧编码器连接件(20)水平连接，液压作动器(3)上的液压管接头(22)与液压泵(16)连接，编码器(13)及荷载传感器(12)均通过NI-6251数据采集板卡(17)与电脑（21)连接，构成一套液压往复加载装置。
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