CN108316317B - 一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置，本发明的钢管混凝土拱架灌注模拟装置在模拟灌注时，不仅考虑了对钢管灌注时的支撑压力进行监测，而且，还对钢管的变形、钢管接头位置的变形进行重点监测，此外，本发明还对支撑组件的最为薄弱的部位进行重点监测，通过检测最薄弱的位置的应变，可以实现对钢管混凝土在灌注时的支撑情况进行充分分析，提高钢管混凝土拱架灌注模拟装置的模拟性能，便于后续的分析与研究，为钢管混凝土拱架灌注提供充分的理论依据与实际场景。

Description

一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置

技术领域

本发明涉及一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置，属于钢管混凝土拱架灌注模拟设备技术领域。

背景技术

钢管混凝土属于钢-混凝土组合结构。钢管混凝土需将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。

钢管混凝土拱架是利用钢管混凝土进行地下工程支护的一种形式。对于钢管混凝土拱架来说需要在现场的钢管内灌注混凝土。由于混凝土在灌注过程中，灌注压力、钢管性能等均受到很大的影响，因此，在灌注前充分做好模拟实验情景，对于钢管混凝土灌注施工的安全性具有极其重要的作用。但是，目前有关钢管混凝土灌注模拟设备还比较少，大多是采用简单的支架支撑然后灌注的模拟方式，这种模拟方式具有一定缺陷，比如，模拟灌注时，支撑架的变形以及应变未充分考虑，这就容易导致大型的钢管灌注混凝土时对钢管的形状产生一定影响，不利于充分的模拟与比较。

本发明针对以上问题，提供一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置，提高钢管混凝土拱架灌注模拟的真实性和可靠性，为钢管混凝土灌注施工提高理论参考与依据。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置，其包括模拟支撑平台、灌注组件、支撑监测组件、底部抵靠组件、灌注钢管和监测计算机，其特征在于：

所述模拟支撑平台上设置有底部抵靠组件，所述灌注钢管的两个底部抵靠设置在所述底部抵靠组件上；

两个底部抵靠组件之间设置有多个等间距排列设置的支撑监测组件，所述支撑监测组件的顶部对所述灌注钢管进行支撑，所述支撑监测组件上设置有支力杆支撑段，所述支力杆支撑段上设置有支力杆应变传感器；

所述灌注钢管上的两侧位于所述底部抵靠组件的上方位置设置有灌注接头，所述灌注钢管的顶部设置有排气孔；

所述灌注组件上设置有对灌注压力进行监测的泵送压力监测器；

所述灌注钢管采用多根钢管连接组合而成时，所述灌注钢管的接头位置的内侧壁上设置有监测钢管接头位置钢管应变的钢管接头位置应变传感器；

所述抵靠组件的内壁与所述钢管底部的外壁之间设置有抵靠力传感器；

所述灌注钢管的外壁上还阵列设置有多个钢管外壁应变传感器；

所述灌注组件、泵送压力监测器、支力杆应变传感器、钢管接头位置应变传感器、抵靠力传感器和钢管外壁应变传感器均与所述监测计算机连接。

进一步，作为优选，所述支撑监测组件的所述支力杆支撑段的支撑强度以及支撑刚度均小于所述支撑监测组件的其它部位的支撑强度与支撑刚度

进一步，作为优选，所述灌注组件包括混凝土搅拌站、一级泵送泵和二级泵送泵，所述一级泵送泵与所述混凝土搅拌站连接，所述二级泵送泵与所述一级泵送泵连接，所述二级泵送泵的泵送端连接至所述灌注钢管上的灌注接头上，所述灌注接头与所述二级泵送泵之间设置所述泵送压力监测器。

进一步，作为优选，所述底部抵靠组件采用圆柱形的抵靠固定座，所述抵靠固定座的中心设置有固定插入孔，所述灌注钢管底部设置有定位底座，所述定位底座插入嵌合设置在所述固定插入孔内，所述定位底座与所述固定插入孔内壁之间设置所述抵靠力传感器。

进一步，作为优选，所述支撑监测组件固定设置在支撑柱的上端，所述支撑柱的下端固定设置在支撑座上，所述支撑座固定设置在模拟支撑平台上。

进一步，作为优选，所述支撑监测组件包括支撑块、支撑盘、支力杆、顶座、调高座和嵌入座，所述支撑盘固定设置在所述支撑柱上，所述支撑盘的上端面阵列设置有多个支力杆，多个所述支力杆构设为所述支力杆支撑段，所述支力杆的顶部固定设置在所述顶座上，所述顶座的通孔内可拆卸的嵌入设置有嵌入座，所述嵌入座的顶部固定连接所述调高座，所述调高座的顶部固定设置所述支撑块，所述支撑块的顶部为支撑弧面，所述支撑弧面与所述灌注钢管的内弧面支撑贴合设置，所述支撑力传感器设置在所述支撑弧面与所述灌注钢管的内弧面之间。

进一步，作为优选，所述支力杆为四分之一圆弧的弧形杆结构。

进一步，作为优选，所述灌注钢管上位于灌注接头的内侧部位设置有排渣口。

进一步，作为优选，所述模拟支撑平台上还设置有对灌注钢管进行辅助支撑的辅助支撑架。

进一步，本发明提供了一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置的实验方法，其特征在于，其包括以下步骤：

（1）在所述模拟支撑平台上根据灌注钢管的形状大小固定安装所述底部抵靠组件，然后将灌注钢管的两端固定在所述底部抵靠组件上，并利用模拟支撑平台上的辅助支撑架辅助支撑住所述灌注钢管；

（2）在模拟支撑平台上布置支撑座、支撑柱和支撑监测组件，并布置好各个传感器；

（3）调节好调高座，并记录好各个传感器的值；

（4）利用灌注组件对钢管进行灌注，计算机实时监测并记录出各个传感器的值以及泵送压力监测器的泵送压力监测值；

（5）通过变换不同的灌注时的泵送压力，模拟监测多组数据，根据多组数据下各个传感器的值以及泵送压力监测器的泵送压力监测值来评测钢管混凝土拱架灌注的情况。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的钢管混凝土拱架灌注模拟装置在模拟灌注时，不仅考虑了对钢管灌注时的支撑压力进行监测，而且，还对钢管的变形、钢管接头位置的变形进行重点监测，此外，本发明还对支撑组件的最为薄弱的部位进行重点监测，通过检测最薄弱的位置的应变，可以实现对钢管混凝土在灌注时的支撑情况进行充分分析，提高钢管混凝土拱架灌注模拟装置的模拟性能，便于后续的分析与研究，为钢管混凝土拱架灌注提供充分的理论依据与实际场景。

附图说明

图1是本发明一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置的结构示意图；

图2是本发明一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置的支撑监测组件结构示意图；

其中，1、模拟支撑平台，2、混凝土搅拌站，3、一级泵送泵，4、二级泵送泵，5、泵送压力监测器，6、灌注接头，7、排渣口，8、抵靠固定座，9、定位底座，10、支撑座，11、灌注钢管，12、钢管接头位置应变传感器，13、支撑力传感器，14、排气孔，15、支撑块，16、支撑监测组件，17、支撑柱，18、抵靠力传感器，19、监测计算机，20、支撑盘，21、支力杆，22、顶座，23、调高座，24、支力杆应变传感器，25、嵌入座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置，其包括模拟支撑平台1、灌注组件、支撑监测组件16、底部抵靠组件、灌注钢管和监测计算机19，其特征在于：

所述模拟支撑平台1上设置有底部抵靠组件，所述灌注钢管的两个底部抵靠设置在所述底部抵靠组件上；

两个底部抵靠组件之间设置有多个等间距排列设置的支撑监测组件16，所述支撑监测组件16的顶部对所述灌注钢管11进行支撑，所述支撑监测组件16上设置有支力杆支撑段，所述支力杆支撑段上设置有支力杆应变传感器24；

所述灌注钢管11上的两侧位于所述底部抵靠组件的上方位置设置有灌注接头6，所述灌注钢管11的顶部设置有排气孔14；

所述灌注组件上设置有对灌注压力进行监测的泵送压力监测器5；

所述灌注钢管11采用多根钢管连接组合而成时，所述灌注钢管的接头位置的内侧壁上设置有监测钢管接头位置钢管应变的钢管接头位置应变传感器12；

所述抵靠组件的内壁与所述钢管底部的外壁之间设置有抵靠力传感器18；

所述灌注钢管的外壁上还阵列设置有多个钢管外壁应变传感器；

所述灌注组件、泵送压力监测器、支力杆应变传感器、钢管接头位置应变传感器、抵靠力传感器和钢管外壁应变传感器均与所述监测计算机连接。

在本实施例中，为了便于对支撑部位进行重点监测与分析，所述支撑监测组件16的所述支力杆支撑段的支撑强度以及支撑刚度均小于所述支撑监测组件的其它部位的支撑强度与支撑刚度

其中，所述灌注组件包括混凝土搅拌站2、一级泵送泵3和二级泵送泵4，所述一级泵送泵3与所述混凝土搅拌站2连接，所述二级泵送泵4与所述一级泵送泵3连接，所述二级泵送泵4的泵送端连接至所述灌注钢管上的灌注接头6上，所述灌注接头6与所述二级泵送泵之间设置所述泵送压力监测器5。

所述底部抵靠组件采用圆柱形的抵靠固定座8，所述抵靠固定座8的中心设置有固定插入孔，所述灌注钢管底部设置有定位底座9，所述定位底座9插入嵌合设置在所述固定插入孔内，所述定位底座与所述固定插入孔内壁之间设置所述抵靠力传感器18。

其中，所述支撑监测组件16固定设置在支撑柱17的上端，所述支撑柱17的下端固定设置在支撑座10上，所述支撑座10固定设置在模拟支撑平台上。

如图2，所述支撑监测组件包括支撑块15、支撑盘20、支力杆21、顶座22、调高座23和嵌入座25，所述支撑盘20固定设置在所述支撑柱上，所述支撑盘20的上端面阵列设置有多个支力杆21，多个所述支力杆21构设为所述支力杆支撑段，所述支力杆的顶部固定设置在所述顶座上，所述顶座的通孔内可拆卸的嵌入设置有嵌入座25，所述嵌入座的顶部固定连接所述调高座23，所述调高座23的顶部固定设置所述支撑块15，所述支撑块15的顶部为支撑弧面，所述支撑弧面与所述灌注钢管的内弧面支撑贴合设置，所述支撑力传感器设置在所述支撑弧面与所述灌注钢管的内弧面之间。

其中，所述支力杆为四分之一圆弧的弧形杆结构。所述灌注钢管上位于灌注接头的内侧部位设置有排渣口7。所述模拟支撑平台上还设置有对灌注钢管进行辅助支撑的辅助支撑架（图中未示出）。

此外，本发明提供了一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置的实验方法，其特征在于，其包括以下步骤：

（1）在所述模拟支撑平台上根据灌注钢管的形状大小固定安装所述底部抵靠组件，然后将灌注钢管的两端固定在所述底部抵靠组件上，并利用模拟支撑平台上的辅助支撑架辅助支撑住所述灌注钢管；

（2）在模拟支撑平台上布置支撑座、支撑柱和支撑监测组件，并布置好各个传感器；

（3）调节好调高座，并记录好各个传感器的值；

（4）利用灌注组件对钢管进行灌注，计算机实时监测并记录出各个传感器的值以及泵送压力监测器的泵送压力监测值；

（5）通过变换不同的灌注时的泵送压力，模拟监测多组数据，根据多组数据下各个传感器的值以及泵送压力监测器的泵送压力监测值来评测钢管混凝土拱架灌注的情况。

本发明的钢管混凝土拱架灌注模拟装置在模拟灌注时，不仅考虑了对钢管灌注时的支撑压力进行监测，而且，还对钢管的变形、钢管接头位置的变形进行重点监测，此外，本发明还对支撑组件的最为薄弱的部位进行重点监测，通过检测最薄弱的位置的应变，可以实现对钢管混凝土在灌注时的支撑情况进行充分分析，提高钢管混凝土拱架灌注模拟装置的模拟性能，便于后续的分析与研究，为钢管混凝土拱架灌注提供充分的理论依据与实际场景。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置，其包括模拟支撑平台、灌注组件、支撑监测组件、底部抵靠组件、灌注钢管和监测计算机，其特征在于：

所述模拟支撑平台上设置有底部抵靠组件，所述灌注钢管的两个底部抵靠设置在所述底部抵靠组件上；

两个底部抵靠组件之间设置有多个等间距排列设置的支撑监测组件，所述支撑监测组件的顶部对所述灌注钢管进行支撑，所述支撑监测组件上设置有支力杆支撑段，所述支力杆支撑段上设置有支力杆应变传感器；

所述灌注钢管上的两侧位于所述底部抵靠组件的上方位置设置有灌注接头，所述灌注钢管的顶部设置有排气孔；

所述灌注组件上设置有对灌注压力进行监测的泵送压力监测器；

所述灌注钢管采用多根钢管连接组合而成时，所述灌注钢管的接头位置的内侧壁上设置有监测钢管接头位置钢管应变的钢管接头位置应变传感器；

所述底部抵靠组件的内壁与所述钢管底部的外壁之间设置有抵靠力传感器；

所述灌注钢管的外壁上还阵列设置有多个钢管外壁应变传感器；

所述灌注组件、泵送压力监测器、支力杆应变传感器、钢管接头位置应变传感器、抵靠力传感器和钢管外壁应变传感器均与所述监测计算机连接；

所述支撑监测组件固定设置在支撑柱的上端，所述支撑柱的下端固定设置在支撑座上，所述支撑座固定设置在模拟支撑平台上；

所述支撑监测组件包括支撑块、支撑盘、支力杆、顶座、调高座和嵌入座，所述支撑盘固定设置在所述支撑柱上，所述支撑盘的上端面阵列设置有多个支力杆，多个所述支力杆构设为所述支力杆支撑段，所述支力杆的顶部固定设置在所述顶座上，所述顶座的通孔内可拆卸的嵌入设置有嵌入座，所述嵌入座的顶部固定连接所述调高座，所述调高座的顶部固定设置所述支撑块，所述支撑块的顶部为支撑弧面，所述支撑弧面与所述灌注钢管的内弧面支撑贴合设置，支撑力传感器设置在所述支撑弧面与所述灌注钢管的内弧面之间；

所述支撑监测组件的所述支力杆支撑段的支撑强度以及支撑刚度均小于所述支撑监测组件的其它部位的支撑强度与支撑刚度；

所述模拟支撑平台上还设置有对灌注钢管进行辅助支撑的辅助支撑架。

2.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置，其特征在于：所述灌注组件包括混凝土搅拌站、一级泵送泵和二级泵送泵，所述一级泵送泵与所述混凝土搅拌站连接，所述二级泵送泵与所述一级泵送泵连接，所述二级泵送泵的泵送端连接至所述灌注钢管上的灌注接头上，所述灌注接头与所述二级泵送泵之间设置所述泵送压力监测器。

3.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置，其特征在于：所述底部抵靠组件采用圆柱形的抵靠固定座，所述抵靠固定座的中心设置有固定插入孔，所述灌注钢管底部设置有定位底座，所述定位底座插入嵌合设置在所述固定插入孔内，所述定位底座与所述固定插入孔内壁之间设置所述抵靠力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置，其特征在于：所述支力杆为四分之一圆弧的弧形杆结构。

5.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置，其特征在于：所述灌注钢管上位于灌注接头的内侧部位设置有排渣口。

6.一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置的实验方法，采用如权利要求1-5任意一项所述的一种钢管混凝土拱架灌注模拟装置，其特征在于，其包括以下步骤：

（1）在所述模拟支撑平台上根据灌注钢管的形状大小固定安装所述底部抵靠组件，然后将灌注钢管的两端固定在所述底部抵靠组件上，并利用模拟支撑平台上的辅助支撑架辅助支撑住所述灌注钢管；

（2）在模拟支撑平台上布置支撑座、支撑柱和支撑监测组件，并布置好各个传感器；

（3）调节好调高座，并记录好各个传感器的值；

（4）利用灌注组件对钢管进行灌注，计算机实时监测并记录出各个传感器的值以及泵送压力监测器的泵送压力监测值；

（5）通过变换不同的灌注时的泵送压力，模拟监测多组数据，根据多组数据下各个传感器的值以及泵送压力监测器的泵送压力监测值来评测钢管混凝土拱架灌注的情况。