CN108344550B - 一种隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置，包括轴心杆、观测模块、USB分线器和观测计算机，所述观测模块设置于所述轴心杆上，所述观测模块与所述USB分线器电连接，所述USB分线器与所述观测计算机电连接，所述轴心杆沿轴向设置于隧道的中心处，所述轴心杆的两端通过固定支架固定于振动台上。相比于现有技术，本发明的结构简单，成本低廉，能够实现对隧道结构模型的渐进式损伤开裂破坏过程的全方位、全过程的追踪和观测。
Description
技术领域
本发明涉及隧道振动试验技术领域，特别是涉及一种隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置。
背景技术
振动台模型试验是隧道与地下工程学科中用于研究隧道与地下结构地震反应的一种重要手段和方法。由于隧道埋置于岩土体中，隧道的受力过程是一个隧道衬砌结构与围岩相互作用的过程，因此，为了尽可能真实的反映隧道衬砌结构在静力、动力等外部荷载作用下的力学响应与损伤开裂发展过程，隧道振动台模型试验模型中既包含了隧道衬砌结构，也包含了与衬砌结构紧密相连的岩土体。
然而，岩土体的引入也为隧道模型试验的开展带来了额外的困难：(1)为保证岩土体的稳定，需要设置模型箱作为容器盛放岩土体，而衬砌结构模型则埋置于岩土体内，同时，为降低模型箱的边界效应，一般要求衬砌结构模型距离模型箱侧壁的距离不小于3倍的洞径(对于隧道振动台试验，则要求不小于5倍洞径)；(2)岩土体相似材料的制作、填筑都费时费工、重量大，受制于室内试验的场地条件、仪器设备、试验经费等因素，模型的整体尺寸不能过大。在这些条件的限制下，隧道室内模型试验均为缩尺试验(即隧道衬砌结构模型的几何尺寸小于实际工程中隧道结构的尺寸)，而且均为小比例缩尺模型(一般几何相似比仅为1:20～1:50)，衬砌结构模型的洞径一般都仅有数十厘米，因此难以从隧道结构模型内侧直接观测到结构模型的开裂破坏过程。同时，由于隧道结构模型被岩土体覆盖，因而也无法从结构模型外侧观测结构的损伤破坏过程。
由此可见，现有的振动台模型试验方法和试验装置仅能获得模型在所有的外部荷载加载完成后隧道结构模型的最终破坏形式(即试验完成后，挖除岩土体，通过观测暴露出来的衬砌外表面获得)，无法观测到隧道结构模型在外部荷载逐级加载过程中的渐进式损伤开裂破坏过程，而这一渐进式损伤开裂破坏现象对于隧道的累积损伤过程的研究尤为重要。
因此，如何设计发明一种简单易用的观测装置，用于隧道振动台模型试验过程中全方位、全过程的追踪和观测隧道结构模型的渐进式损伤开裂破坏过程，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置，以实现对隧道结构模型的渐进式损伤开裂破坏过程的全方位、全过程的追踪和观测。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置，包括轴心杆、观测模块、USB分线器和观测计算机，所述观测模块设置于所述轴心杆上，所述观测模块与所述USB分线器电连接，所述USB分线器与所述观测计算机电连接，所述轴心杆沿轴向设置于隧道的中心处，所述轴心杆的两端通过固定支架固定于振动台上。
优选地，所述观测模块包括摄像头和固定架，所述摄像头通过所述固定架固定于所述轴心杆上，所述摄像头与所述USB分线器电连接，所述USB分线器与所述观测计算机电连接。
优选地，所述轴心杆为方形杆，所述观测模块包括四个摄像头和四个固定架，四个所述固定架分别固定于所述轴心杆的四个侧面上。
优选地，所述固定架的横截面为梯形，所述梯形的上底所在平面固定于所述轴心杆上，四个所述固定架围成方形杆结构。
优选地，所述固定支架和所述固定架为金属板弯折而成，所述轴心杆为空心方管。
优选地，所述固定架与所述轴心杆之间通过螺栓固定，所述摄像头粘接于所述固定架上。
优选地，所述观测模块为多个，多个所述观测模块间隔分布于所述轴心杆上。
优选地，所述固定支架的上端设置有卡口，所述卡口用以锁紧所述轴心杆。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的观测装置能够对隧道结构模型的渐进式损伤开裂破坏的整个过程进行跟踪记录；本发明提供的观测装置结构简单，成本低廉，制作精度要求不高，易于制作；本发明中多个摄像头将拍摄的图像、视频信息汇集于一台观测计算机上，只需一人操作处理，节省了人力，节约了工作时间，提高了工作效率；本发明的轴心杆为方形杆，观测模块包括四个摄像头和四个固定架，四个固定架分别固定于轴心杆的四个侧面上，使用时，能够分别从上下左右四个方位实时观测隧道结构模型内侧的损伤开裂情况，从而实现全方位、多角度监控；本发明的固定架的横截面为梯形，梯形的上底所在平面固定于轴心杆上，四个固定架围成方形杆结构，通过上述结构，可以在振动时使四个相互接触的固定架相互定位，避免固定架和轴心杆相对运动，从而保证摄像角度的稳定和图像的清晰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置的结构示意图；
图2为观测模块的结构示意图；
图3为本发明隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置与隧道结构模型的位置关系示意图；
图4为本发明隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置与模型箱位置关系的主视图；
图5为本发明隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置与模型箱位置关系的左视图；
附图标记说明：1、轴心杆；2、观测模块；21、摄像头；211、视频线；22、固定架；3、USB分线器；4、观测计算机；5、固定支架；51、卡口；6、振动台；7、模型箱；8、隧道结构模型。
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。
本发明的目的是提供一种隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置，用以在隧道振动台模型试验过程中全方位、全过程地追踪和观测隧道结构模型的渐进式损伤开裂破坏过程。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-5所示，本实施例提供一种隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置，包括轴心杆1、观测模块2、USB分线器3和观测计算机4。多个观测模块2间隔分布于轴心杆1上，从而对隧道的不同轴向位置进行监控。
观测模块2包括摄像头21和固定架22，摄像头21通过固定架22固定于轴心杆1上。具体地，固定架22与轴心杆1之间通过螺栓固定，摄像头21通过胶水或胶带粘接于固定架22上。在粘接前需要先调整好摄像头21的方位，确保摄像头21拍摄的画面与轴心杆1的轴线对齐。进一步地，摄像头21采用网络高清视频摄像头，摄像头21外壳底座为方形、扁平状、背部平整，且自带LED光源，视频输出线为USB接口。
摄像头21与USB分线器3电连接，USB分线器3与观测计算机4电连接，从而将视频信息实时传递至观测计算机4。具体地，每一个观测摄像头21都配有一个视频线211，这些视频线211均接入USB分线器3中，然后USB分线器3将各路视频信号多路复用后传输到观测计算机4中。观测计算机4上运行有多路摄像头21同步监控软件，用以控制各个观测摄像头21的拍照和录像动作，并存储各个摄像头21所观测的照片和视频。
为了在试验过程中确保轴心杆1与隧道结构模型8处于相对静止状态，轴心杆1的两端通过固定支架5固定于振动台6上。具体地，固定支架5的上端设置有卡口51，卡口51用以锁紧轴心杆1。
本实施例中，为了实现全方位、多角度监控，轴心杆1沿轴向设置于隧道的中心处，轴心杆1为方形杆，观测模块2包括四个摄像头21和四个固定架22，四个固定架22分别固定于轴心杆1的四个侧面上。使用时，能够分别从上下左右四个方位实时观测隧道结构模型8内侧的损伤开裂情况。
进一步地，固定架22的横截面为梯形，梯形的上底所在平面固定于轴心杆1上，四个固定架22围成方形杆结构。由于在试验时，轴心杆1振动较大，通过上述结构，可以在振动时使四个相互接触的固定架22相互定位，避免固定架22和轴心杆1相对运动，从而保证摄像角度的稳定和图像的清晰。
为了减轻整体结构的重量，同时也为了简化制作过程，降低生产成本，本实施例中，轴心杆1由空心铝合金方管制作，固定支架5采用薄钢板裁切弯折制作，固定架22采用镀锌铁板裁切弯折制作。
上述隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置的使用过程包括如下步骤：
(1)在模型箱7上与隧道结构模型8对应部位开孔，以便于布设轴心杆1和观测模块2；
(2)待模型试验材料、隧道结构模型8准备完毕后，向模型箱7内填筑岩土体材料，埋设传感器，安装隧道结构模型8，然后将模型箱7吊装到振动台6上，并通过螺栓固定到振动台6的台面上；
(3)将固定支架5通过螺栓固定到隧道结构模型8两端处的振动台6的台面上；
(4)组装观测模块2与轴心杆1，然后将轴心杆1穿过隧道结构模型8，并将轴心杆1的两端固定在固定支架5上端的卡口51处；
(5)启动观测计算机4，并将各个摄像头21的视频线211连接到USB分线器3上，USB分线器3的视频数据输出线连接到观测计算机4中；
(6)在观测计算机4中启动多路摄像头21同步监控软件，配置各个摄像头21的状态；
(7)在模型试验过程中，根据需要通过多路摄像头21同步监控软件的界面对各个摄像头21的同步拍照、同步录像等动作进行控制。
需要说明的是，本实施例对轴心杆1和固定架22的形状、摄像头21和固定架22的数量等特征进行了举例说明，本领域技术人员也可根据实际需要进行选择，只要能实现对模型渐进式开裂过程的监控即可。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置，其特征在于，包括轴心杆、观测模块、USB分线器和观测计算机，所述观测模块设置于所述轴心杆上，所述观测模块与所述USB分线器电连接，所述USB分线器与所述观测计算机电连接，所述轴心杆沿轴向设置于隧道的中心处，所述轴心杆的两端通过固定支架固定于振动台上；
所述观测模块包括摄像头和固定架，所述摄像头通过所述固定架固定于所述轴心杆上，所述摄像头与所述USB分线器电连接，所述USB分线器与所述观测计算机电连接；
所述轴心杆为方形杆，所述观测模块包括四个摄像头和四个固定架，四个所述固定架分别固定于所述轴心杆的四个侧面上；
所述固定架的横截面为梯形，所述梯形的上底所在平面固定于所述轴心杆上，四个所述固定架围成方形杆结构。
2.根据权利要求1所述的隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置，其特征在于，所述固定支架和所述固定架为金属板弯折而成，所述轴心杆为空心方管。
3.根据权利要求1所述的隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置，其特征在于，所述固定架与所述轴心杆之间通过螺栓固定，所述摄像头粘接于所述固定架上。
4.根据权利要求1所述的隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置，其特征在于，所述观测模块为多个，多个所述观测模块间隔分布于所述轴心杆上。
5.根据权利要求1所述的隧道振动台试验结构模型渐进式开裂破坏观测装置，其特征在于，所述固定支架的上端设置有卡口，所述卡口用以锁紧所述轴心杆。
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| 双洞隧道洞口段抗减震模型试验研究;孙铁成;高波;王峥峥;;岩土力学(第07期);全文 * |
| 地裂缝对地铁明挖整体式衬砌隧道影响机制的模型试验研究;黄强兵;彭建兵;门玉明;闫金凯;石玉玲;;岩石力学与工程学报(第11期);全文 * |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108344550A (zh) | 2018-07-31 |
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