CN109060512B - 一种装配叠合式管廊拟静力加载试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于城市地下空间工程技术领域，涉及到一种装配叠合式管廊拟静力加载试验装置及试验方法，包括水平加载装置、竖向加载装置、底部约束装置、装配叠合式管廊及MTS液压伺服控制系统；本发明提出的装配叠合式管廊拟静力加载装置，能够实现竖向静载施加，水平动载施加，与现有技术相比，结构简单、操作方便，可适用于多种尺寸、多种类型装配叠合式管廊的模型试验，可以有效模拟不同试验，费用低廉、受力明确、可靠性高，可较精确研究管廊结构在地震荷载作用下的力学性能，拓展模型试验方法。
Description
技术领域
本发明属于城市地下空间工程技术领域，涉及到一种装配叠合式管廊拟静力加载试验装置及试验方法。
背景技术
装配叠合式管廊因其埋深较浅、受地震作用较为显著，当遭遇地震灾害时，其结构破坏隐蔽和修复困难,同时装配叠合式管廊内部集电力、通讯、燃气、供热、给排水等各种工程管线于一体。遭遇地震时，结构破坏,造成严重损失。
发明内容
本发明旨在提供一种装配式叠合式管廊在地震荷载作用下，可以得出其破坏形态、滞回性能、刚度退化及耗能能力等的试验装置及试验方法，该试验费用低廉、受力明确、可靠性高，试验装置结构简单、操作方便。
具体本发明采用如下的技术方案：一种装配叠合式管廊拟静力加载试验装置，其特征在于，包括：水平加载装置、竖向加载装置、底部约束装置、装配叠合式管廊及MTS液压伺服控制系统；
所述水平加载装置包括滑板、水平作动缸、反力墙及连接件，所述滑板安装于反力墙上；所述水平作动缸的一端与滑板连接，水平作动缸的另一端通过连接件与装配叠合式管廊连接，同时水平作动缸与MTS液压伺服控制系统连接，其中连接件为横截面呈等边梯形的钢梁，连接件紧靠在装配叠合式管廊的一侧顶部与装配叠合式管廊的上平面对齐，且分居在装配叠合式管廊两侧的连接件通过栓杆连接；
在静力加载试验过程中，所述竖向加载装置与装配叠合式管廊的上平面始终保持90°，竖向加载装置包括反力架、竖向作动缸、导轨、分配梁及压梁，导轨的一端与反力架连接，导轨的另一端与竖向作动缸连接；竖向作动缸的输出端与分配梁连接，同时竖向作动缸与MTS液压伺服控制系统连接；分配梁的数量为四根，其中两根分配梁分别布置于装配叠合式管廊顶板相对的两边上，另外两根分配梁完全重叠在一起并搭设在相对布置的两根分配梁的中部；所述压梁数量为两根，两根压梁对称的设置在装配叠合式管廊顶板上，两根压梁分别设置在相对布置的两根分配梁的外侧；
所述底部约束装置包括称重传感器、预应力钢绞线、锚具、钢梁、地锚螺栓及试验台座，称重传感器设置在压梁的两端端部上；所述预应力钢绞线的上端通过压梁上的通孔与称重传感器连接，预应力钢绞线的底部通过锚具固定在钢梁上，预应力钢绞线用于限制装配叠合式管廊的竖向位移；所述钢梁通过地锚螺栓固定在试验台座上，用于限制装配叠合式管廊的水平方向位移；所述试验台座用于承载装配叠合式管廊；
进一步，所述MTS液压伺服控制系统与输力强IMP采集系统连接进行数据传输。
进一步，所述称重传感器为BLR-1型称重传感器。
进一步，所述水平作动缸和竖向作动缸均为MTS液压作动缸。
进一步，在所述分配梁下方设置有垫块，每块垫块包围的面积相同。
进一步，所述输力强IMP采集系统采用英国输力强IMP3595数据采集系统。
一种装配叠合式管廊拟静力加载试验方法，其特征在于，该试验方法采用所述装配叠合式管廊拟静力加载试验装置，具体包括如下步骤：
a、安装装配叠合式管廊拟静力加载试验装置，在装配叠合式管廊洞口截面的每个腋角处粘贴三个应变花，装配叠合式管廊侧壁外侧竖向等间隔粘贴四个混凝土应变片；在装配叠合式管廊右侧壁距洞口截面200mm，且距装配叠合式管廊顶板400mm处沿右侧壁厚度方向放置两个位移计，距装配叠合式管廊底板200mm处沿右侧壁厚度方向放置两个位移计；在装配叠合式管廊左侧壁厚度跨中位置距装配叠合式管廊顶板400mm，距装配叠合式管廊底板200mm各放置一个位移计；在装配叠合式管廊的顶板中间位置放置一个位移计，将所有应变花、应变片及位移计接入输力强IMP采集系统；
b、竖向静载施加：通过安装好的竖向作动缸施加竖向荷载，竖向荷载加上预应力钢绞线施加的力等于装配叠合式管廊上部覆土的压力，用于模拟装配叠合式管廊上部土壤；
c、水平动载施加：启动MTS液压伺服控制系统，通过水平作动缸对装配叠合式管廊施加用于控制其水平往复荷载或者位移的力；
d、观测：输力强IMP采集系统对竖向作动缸及水平作动缸的输出位移和力进行实时采集，自动生成滞回曲线，同时输力强IMP采集系统将应变花、应变片及位移计同时连接于采集板，通过一台计算机实现所有数据的采集，采集速率为一秒钟采集一组数据，从而实现试验过程与数据采集达到同步，完成试验数据采集；观测竖向作动缸及水平作动缸的输出位移和力、钢筋的应变变化、混凝土的应变变化、管廊裂缝的开展、管廊位移的变化。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出的装配叠合式管廊拟静力加载装置结构简单、操作方便，可适用于多种尺寸、多种类型装配叠合式管廊的模型试验，可以有效模拟不同试验，费用低廉、受力明确、可靠性高，可较精确研究管廊结构在地震荷载作用下的力学性能，拓展模型试验方法。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中装配叠合式管廊拟静力加载试验装置的水平加载装置主视图；
图2为本发明实施例中装配叠合式管廊拟静力加载试验装置的竖向加载装置主视图；
图3为本发明实施例中连接件和栓杆装配示意图；
图4为本发明实施例中装配叠合式管廊拟静力加载试验装置的整体结构示意图。
图中各标记如下：1-装配叠合式管廊；2-水平作动缸；3-反力墙；4-连接件；5-反力架；6-竖向作动缸；7-导轨；8-分配梁；9-压梁；10-称重传感器；11-预应力钢绞线；12-锚具；13-地锚螺栓；14-试验台座；15-滑板。
具体实施方式
为了更清楚地表明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。为了避免混淆本发明的实质,公知的方法、过程及流程并没有详细的叙述。
如图1、图2、图3及图4所示，本发明提出了一种装配叠合式管廊拟静力加载试验装置，包括水平加载装置、竖向加载装置、底部约束装置、装配叠合式管廊1及MTS液压伺服控制系统；
所述水平加载装置包括滑板15、水平作动缸2、反力墙3及连接件4，所述滑板15安装于反力墙3上；所述水平作动缸2的一端与滑板15连接，水平作动缸2的另一端通过连接件4与装配叠合式管廊1连接，水平作动缸2为MTS液压作动缸，水平作动缸2与MTS液压伺服控制系统连接，启动MTS液压伺服控制系统，通过水平作动缸2对装配叠合式管廊1施加控制其水平往复荷载或者位移的相应力，其中连接件为横截面呈等边梯形的钢梁，连接件紧靠在装配叠合式管廊的一侧顶部与装配叠合式管廊的上平面对齐，且分居在装配叠合式管廊两侧的连接件通过栓杆连接；
所述竖向加载装置包括反力架5、竖向作动缸6、导轨7、分配梁8及压梁9，所述导轨7的一端与反力架5连接，导轨7的另一端与竖向作动缸6连接；竖向作动缸6的输出端与分配梁8连接，同时竖向作动缸6与MTS液压伺服控制系统连接；所述分配梁8的数量为四根，其中两根分配梁8分别布置于装配叠合式管廊1顶板相对的两边上，另外两根分配梁8完全重叠在一起并搭设在相对布置的两根分配梁8的中部；通过分配梁8加载竖向荷载，竖向荷载与四根预应力钢绞线11所施加的力模拟装配叠合式管廊1上部土压力均布荷载，分配梁8下方放有垫块，每块垫块包围的面积相同，试验前将竖向荷载加载到预定数值，并在试验过程中保持不变，且竖向加载装置在试验过程中与装配叠合式管廊1上平面保持90度不变；所述压梁9数量为两根，两根压梁9对称的设置在装配叠合式管廊1顶板上，两根压梁9分别设置在相对布置的两根分配梁8的外侧；
所述底部约束装置包括称重传感器10、预应力钢绞线11、锚具12、钢梁、地锚螺栓13及试验台座14，称重传感器10设置在压梁9的两端端部上，称重传感器10为BLR-1型称重传感器；所述预应力钢绞线11的上端通过压梁9上的通孔与称重传感器10连接，预应力钢绞线11的底部通过锚具12固定在钢梁上，通过预应力钢绞线11张拉限制装配叠合式管廊1的竖向位移；所述钢梁通过地锚螺栓13固定在试验台座14上，用于限制装配叠合式管廊1的水平方向位移，防止试验过程中其水平方向的移动；所述试验台座14用于承载装配叠合式管廊1；所述MTS液压伺服控制系统与输力强IMP采集系统连接进行数据传输，输力强IMP采集系统采用英国输力强IMP3595数据采集系统。
本发明通过两个连接件4与两个栓杆，配合MTS液压伺服控制系统，保证装配叠合式管廊1顶层运动的一致性，所述连接件4由两个带有小孔的梯形钢梁组成，两个连接件4紧靠在装配叠合式管廊1的一侧顶部与装配叠合式管廊的上平面对齐，且分居在装配叠合式管廊1两侧的连接件4通过两根栓杆和四个螺栓与装配叠合式管廊1上部连接形成整体，保证实验中结构顶部运动的一致性。
采用以上的试验装置进行的装配叠合式管廊拟静力加载试验方法具体包括如下步骤：
a、安装装配叠合式管廊拟静力加载试验装置，通过调节导轨7和竖向作动缸6将装配叠合式管廊1调整至竖直方向，钢梁通过地锚螺栓13固定；将四个BLR-1型称重传感器10分别安置在压梁9的两端上，四个BLR-1型称重传感器10与压梁9上的四个通孔对齐，预应力钢绞线11在底部钢梁处用锚具12固定，预应力钢绞线11的上端通过压梁9上的通孔与BLR-1型称重传感器10张拉，装配叠合式管廊1的顶板两边对称放置两根分配梁8，并在两根分配梁8上方，再放置两根分配梁8，且位于上方的后放置的两个分配梁8完全重叠在一起并搭设在相对布置的两根分配梁8的中部，安装相应的位移计，压力盒等测试原件，装配叠合式管廊1两侧用钢梁和地锚螺栓13固定；在装配叠合式管廊1洞口截面的每个腋角处粘贴三个应变花，装配叠合式管廊1侧壁外侧竖向等间隔粘贴四个混凝土应变片；在装配叠合式管廊1右侧壁距洞口截面200mm，且距装配叠合式管廊1顶板400mm处沿右侧壁厚度方向放置两个位移计，距装配叠合式管廊1底板200mm处沿右侧壁厚度方向放置两个位移计；在装配叠合式管廊1左侧壁厚度跨中位置距装配叠合式管廊1顶板400mm，距装配叠合式管廊1底板200mm各放置一个位移计；在装配叠合式管廊1的顶板中间位置放置一个位移计，将所有应变花、应变片及位移计接入输力强IMP采集系统；
b、竖向静载施加：通过安装好的竖向作动缸6施加竖向荷载，竖向荷载加上预应力钢绞线11施加的力等于上部覆土的压力，模拟装配叠合式管廊1上部土壤；
c、水平动载施加：滑板15安装于反力墙3上，将水平作动缸2与滑板15连接，水平作动缸2通过连接件4与装配叠合式管廊1连接，启动MTS液压伺服控制系统，通过水平作动缸2对装配叠合式管廊1施加用于控制其水平往复荷载或者位移的力；
d、观测：试验过程中随时采集数据，输力强IMP采集系统采用英国输力强IMP3595数据采集系统，输力强IMP采集系统可以与美国MTS液压作动缸实现连接，由于MTS液压作动缸内部有传感器装置，可以及时输出力和位移各为10V的电压信号供输力强IMP采集系统采集，然后输力强IMP采集系统通过量程变化将力和位移的电压信号重新转化为MTS液压作动缸实际输出的力和位移。英国输力强IMP3595数据采集系统可以同时将应变花、应变片及位移计同时连接于采集板，通过一台计算机可以实现所有数据的采集，采集速率为一秒钟采集一组数据，可以很好的实现试验过程与数据采集达到同步的状态，高效且精确的完成试验数据采集过程；观测MTS液压作动缸的输出位移和力、钢筋的应变变化、混凝土的应变变化、管廊裂缝的开展、管廊位移的变化。
MTS液压作动缸的输出位移和力：通过英国输力强IMP采集系统对其进行实时采集，自动生成滞回曲线。
管廊裂缝开展：试验过程中随时观察管廊表面裂缝开展情况，用记号笔标记好不同位移荷载下裂缝的发展，同时用裂缝测宽仪测量出裂缝宽度。
本发明能够实现装配叠合式管廊拟静力加载，模拟装配叠合式管廊地震响应特征，具有试验经济、操作简单及可靠性强等优点。
Claims (4)
1.一种装配叠合式管廊拟静力加载试验装置，其特征在于，包括：水平加载装置、竖向加载装置、底部约束装置、装配叠合式管廊（1）及MTS液压伺服控制系统；
所述水平加载装置包括滑板（15）、水平作动缸（2）、反力墙（3）及连接件（4），所述滑板（15）安装于反力墙（3）上；所述水平作动缸（2）的一端与滑板（15）连接，水平作动缸（2）的另一端通过连接件（4）与装配叠合式管廊（1）连接，同时水平作动缸（2）与MTS液压伺服控制系统连接，其中连接件（4）为横截面呈等边梯形的钢梁，连接件（4）紧靠在装配叠合式管廊的一侧顶部与装配叠合式管廊的上平面对齐，且分居在装配叠合式管廊两侧的连接件通过栓杆连接；
在静力加载试验过程中，所述竖向加载装置与装配叠合式管廊（1）的上平面始终保持900，竖向加载装置包括反力架（5）、竖向作动缸（6）、导轨（7）、分配梁（8）及压梁（9），所述导轨（7）的一端与反力架（5）连接，导轨（7）的另一端与竖向作动缸（6）连接；竖向作动缸（6）的输出端与分配梁（8）连接，同时竖向作动缸（6）与MTS液压伺服控制系统连接；所述分配梁（8）的数量为四根，其中两根分配梁（8）分别布置于装配叠合式管廊（1）顶板相对的两边上，另外两根分配梁（8）完全重叠在一起并搭设在相对布置的两根分配梁（8）的中部；所述压梁（9）数量为两根，两根压梁（9）对称的设置在装配叠合式管廊（1）顶板上，两根压梁（9）分别设置在相对布置的两根分配梁（8）的外侧；
所述底部约束装置包括称重传感器（10）、预应力钢绞线（11）、锚具（12）、钢梁、地锚螺栓（13）及试验台座（14），所述称重传感器（10）设置在压梁（9）的两端端部上；所述预应力钢绞线（11）的上端通过压梁（9）上的通孔与称重传感器（10）连接，预应力钢绞线（11）的底部通过锚具（12）固定在钢梁上，预应力钢绞线（11）用于限制装配叠合式管廊（1）的竖向位移；所述钢梁通过地锚螺栓（13）固定在试验台座（14）上，用于限制装配叠合式管廊（1）的水平方向位移；所述试验台座（14）用于承载装配叠合式管廊（1）；
所述MTS液压伺服控制系统与输力强IMP采集系统连接进行数据传输；
所述称重传感器（10）为BLR-1型称重传感器；
在所述分配梁（8）下方设置有垫块，每块垫块包围的面积相同。
2.根据权利要求1所述的装配叠合式管廊拟静力加载试验装置，其特征在于，所述水平作动缸（2）和竖向作动缸（6）均为MTS液压作动缸。
3.根据权利要求1所述的装配叠合式管廊拟静力加载试验装置，其特征在于，所述输力强IMP采集系统采用英国输力强IMP3595数据采集系统。
4.一种装配叠合式管廊拟静力加载试验方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-3中任意一项所述的装配叠合式管廊拟静力加载试验装置，具体包括如下步骤：
a、安装装配叠合式管廊拟静力加载试验装置，在装配叠合式管廊（1）洞口截面的每个腋角处粘贴三个应变花，装配叠合式管廊（1）侧壁外侧竖向等间隔粘贴四个混凝土应变片；在装配叠合式管廊（1）右侧壁距洞口截面200mm，且距装配叠合式管廊（1）顶板400mm处沿右侧壁厚度方向放置两个位移计，距装配叠合式管廊（1）底板200mm处沿右侧壁厚度方向放置两个位移计；在装配叠合式管廊（1）左侧壁厚度跨中位置距装配叠合式管廊（1）顶板400mm，距装配叠合式管廊（1）底板200mm各放置一个位移计；在装配叠合式管廊（1）的顶板中间位置放置一个位移计，将所有应变花、应变片及位移计接入输力强IMP采集系统；
b、竖向静载施加：通过安装好的竖向作动缸（6）施加竖向荷载，竖向荷载加上预应力钢绞线（11）施加的力等于装配叠合式管廊（1）上部覆土的压力，用于模拟装配叠合式管廊（1）上部土壤；
c、水平动载施加：启动MTS液压伺服控制系统，通过水平作动缸（2）对装配叠合式管廊（1）施加用于控制其水平往复荷载或者位移的力；
d、观测：输力强IMP采集系统对竖向作动缸（6）及水平作动缸（2）的输出位移和力进行实时采集，自动生成滞回曲线，同时输力强IMP采集系统将应变花、应变片及位移计同时连接于采集板，通过一台计算机实现所有数据的采集，采集速率为一秒钟采集一组数据，从而实现试验过程与数据采集达到同步，完成试验数据采集；观测竖向作动缸（6）及水平作动缸（2）的输出位移和力、钢筋的应变变化、混凝土的应变变化、管廊裂缝的开展、管廊位移的变化。
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