CN109655346B - 一种隧道管片纵向力模拟施加装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道管片纵向力模拟施加装置及其方法，包括由两根相互平行的纵向拉杆、两块横向夹板和若干个锁紧螺母组成的口字型构件，特点是纵向拉杆由若干根纵向标准杆和一根纵向调节杆通过连接套筒依次连接而成，纵向标准杆上设置有膜式应变片；锁紧螺母上设置有伺服液压动力旋转机构和扭矩传感器，横向夹板的内侧面与隧道管片的环向侧壁之间设置有内设补偿油缸的应力分散块，补偿油缸的顶部设置有压力传感器，隧道管片的环向接缝之间设置有环缝压力应变片；膜式应变片、扭矩传感器、压力传感器和环缝压力应变片分别连接控制器，控制器反馈控制连接伺服液压动力旋转机构和补偿油缸，优点是真实模拟管片实际受力情况。

Description

一种隧道管片纵向力模拟施加装置及其方法
技术领域
本发明涉及隧道工程技术领域，尤其是涉及一种隧道管片纵向力模拟施加装置及其方法。
背景技术
盾构管片是盾构隧道施工中承担水土压力及其他荷载的主要构件，也是盾构法隧道的永久衬砌结构。在隧道管片试验的加载方式中横向加载作为主要的加载方式已被广泛研究并应用，但管片纵向荷载对管片整体的受力性能也存在显著影响。因此，亟需提高一种隧道管片纵向力模拟施加装置来对多环管片试验单元提供纵向荷载，进一步对管片性能进行研究。
现有的隧道管片纵向力模拟施加装置由两个拉杆和两个横杆连接形成的口字型构件，通过拉杆的张紧作用实现对管片施加纵向载荷，但是该装置施力过程中纵向力大小不确定且加载不均匀，无法真实模拟管片实际受力情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种真实模拟管片实际受力情况的隧道管片纵向力模拟施加装置及其方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种隧道管片纵向力模拟施加装置，包括两根相互平行的纵向拉杆、两块横向夹板，两块所述的横向夹板分别通过锁紧螺母与所述的纵向拉杆的端部连接形成一个用于向隧道管片施加纵向载荷的口字型构件，所述的纵向拉杆由若干根纵向标准杆和一根纵向调节杆通过连接套筒依次连接而成，所述的纵向标准杆上设置有用来测定所述的纵向标准杆轴向受力的膜式应变片；所述的锁紧螺母上且位于所述的横向夹板的外侧设置有用于向所述的锁紧螺母提供扭转力的伺服液压动力旋转机构，所述的锁紧螺母上设置有用于测定所述的锁紧螺母所受扭转力大小的扭矩传感器；所述的横向夹板的内侧面与所述的隧道管片的环向侧壁之间设置有用于将施加于所述的隧道管片环向侧壁的集中力进行环向分配的应力分散块，所述的应力分散块内均布有若干个用于向所述的隧道管片环向侧壁施力的补偿油缸，所述的补偿油缸的顶部设置有用于测定所述的隧道管片环向侧壁所受压力大小的压力传感器，所述的压力传感器埋设在所述的隧道管片的环向侧壁表面；所述的隧道管片的环向接缝之间设置有用于测定所述的隧道管片接缝之间压力大小的环缝压力应变片；所述的膜式应变片、所述的扭矩传感器、所述的压力传感器和所述的环缝压力应变片分别连接控制器，所述的控制器反馈控制连接所述的伺服液压动力旋转机构和所述的补偿油缸。
所述的伺服液压动力旋转机构为液压马达。
一种利用上述装置进行隧道管片纵向力模拟施加的方法，包括以下步骤：
（1）开启伺服液压动力旋转机构，通过伺服液压动力旋转机构施加载荷到隧道管片上，并逐级加载；
（2）由扭矩传感器测得的施加于锁紧螺母上的扭转力大小信号，由膜式应变片测得的隧道管片所受轴向力信号以及由环缝压力应变片测得的隧道管片环缝压力信号输送到控制器，通过控制器反馈给伺服液压动力旋转机构并调节加载值；同时由压力传感器测得的隧道管片的环向侧壁压力值信号输送到控制器，并通过控制器反馈给补偿油缸，补偿油缸根据压力值大小进行自动补偿、调节，直至隧道管片受力均匀，最终实现了衬砌结构隧道中管片残余轴力的精确模拟。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种隧道管片纵向力模拟施加装置及其方法，通过本装置对盾构管片试验段进行纵向拉紧用来模拟盾构施工后管片的残余轴力，可以精确提供并调节隧道管片试验纵向轴力加载数值，提高现有管片试验加载装置的性能，使得管片更加接近于真实受力状态，可适用于不同材料型号及尺寸规格的盾构管片的力学性能试验，为盾构管片的各种理论研究提供试验平台。
附图说明
图1为本发明隧道管片纵向力模拟施加装置结构示意图一；
图2为本发明隧道管片纵向力模拟施加装置结构示意图二；
图3为本发明隧道管片纵向力模拟施加装置局部结构示意图；
图4为本发明应力分散块结构示意图一；
图5为本发明应力分散块结构示意图二；
图6为本发明隧道管片纵向力模拟施加装置控制逻辑图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。具体实施例
一种隧道管片纵向力模拟施加装置，如图1、图2、图3、图4和图5所示，包括两根相互平行的纵向拉杆1、两块横向夹板2，两块横向夹板2分别通过锁紧螺母3与纵向拉杆1的端部连接形成一个用于向隧道管片4施加纵向载荷的口字型构件，纵向拉杆1由若干根纵向标准杆5和一根纵向调节杆6通过连接套筒7依次连接而成，纵向标准杆5上设置有用来测定纵向标准杆5轴向受力的膜式应变片8；锁紧螺母3上且位于横向夹板2的外侧设置有用于向锁紧螺母3提供扭转力的伺服液压动力旋转机构9，锁紧螺母3上设置有用于测定锁紧螺母3所受扭转力大小的扭矩传感器10；横向夹板2的内侧面与隧道管片4的环向侧壁之间设置有用于将施加于隧道管片4环向侧壁的集中力进行环向分配的应力分散块11，应力分散块11内均布有若干个用于向隧道管片4环向侧壁施力的补偿油缸12，补偿油缸12的顶部设置有用于测定隧道管片4环向侧壁所受压力大小的压力传感器13，压力传感器13埋设在隧道管片4的环向侧壁表面；隧道管片4的环向接缝之间设置有用于测定隧道管片4接缝之间压力大小的环缝压力应变片14；如图6所示，膜式应变片8、扭矩传感器10、压力传感器13和环缝压力应变片14分别连接控制器15，控制器15反馈控制连接伺服液压动力旋转机构9和补偿油缸12。其中伺服液压动力旋转机构9为液压马达。试验加载时，其隧道管片纵向力模拟施加方法如下：
（1）开启伺服液压动力旋转机构9，通过伺服液压动力旋转机构9施加载荷到隧道管片4上，并逐级加载；
（2）由扭矩传感器9测得的施加于锁紧螺母3上的扭转力大小，由膜式应变片8测得的隧道管片4所受轴向力、由环缝压力应变片14测得的隧道管片4纵环缝压力信号输送到控制器15，通过控制器15反馈给伺服液压动力旋转机构9并调节加载值，同时根据压力传感器13测得隧道管片4的环向侧壁压力值信号输送到控制器15，并通过控制器15反馈给补偿油缸12，补偿油缸12根据压力值大小进行自动补偿、调节，直至隧道管片4受力均匀，最终实现了衬砌结构隧道中管片残余轴力的精确模拟。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种隧道管片纵向力模拟施加装置，包括两根相互平行的纵向拉杆、两块横向夹板，两块所述的横向夹板分别通过锁紧螺母与所述的纵向拉杆的端部连接形成一个用于向隧道管片施加纵向载荷的口字型构件，其特征在于：所述的纵向拉杆由若干根纵向标准杆和一根纵向调节杆通过连接套筒依次连接而成，所述的纵向标准杆上设置有用来测定所述的纵向标准杆轴向受力的膜式应变片；所述的锁紧螺母上且位于所述的横向夹板的外侧设置有用于向所述的锁紧螺母提供扭转力的伺服液压动力旋转机构，所述的锁紧螺母上设置有用于测定所述的锁紧螺母所受扭转力大小的扭矩传感器；所述的横向夹板的内侧面与所述的隧道管片的环向侧壁之间设置有用于将施加于所述的隧道管片环向侧壁的集中力进行环向分配的应力分散块，所述的应力分散块内均布有若干个用于向所述的隧道管片环向侧壁施力的补偿油缸，所述的补偿油缸的顶部设置有用于测定所述的隧道管片环向侧壁所受压力大小的压力传感器，所述的压力传感器埋设在所述的隧道管片的环向侧壁表面；所述的隧道管片的环向接缝之间设置有用于测定所述的隧道管片接缝之间压力大小的环缝压力应变片；所述的膜式应变片、所述的扭矩传感器、所述的压力传感器和所述的环缝压力应变片分别连接控制器，所述的控制器反馈控制连接所述的伺服液压动力旋转机构和所述的补偿油缸。
2.根据权利要求1所述的一种隧道管片纵向力模拟施加装置，其特征在于：所述的伺服液压动力旋转机构为液压马达。
3.一种利用权利要求1-2中任一项所述的装置进行隧道管片纵向力模拟施加的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）开启伺服液压动力旋转机构，通过伺服液压动力旋转机构施加载荷到隧道管片上，并逐级增加载荷大小；
（2）由扭矩传感器测得的施加于锁紧螺母上的扭转力大小信号，由膜式应变片测得的隧道管片所受轴向力信号以及由环缝压力应变片测得的隧道管片环缝压力信号输送到控制器，通过控制器反馈给伺服液压动力旋转机构并调节加载值；同时由压力传感器测得的隧道管片的环向侧壁压力值信号输送到控制器，并通过控制器反馈给补偿油缸，补偿油缸根据压力值大小进行自动补偿、调节，直至隧道管片受力均匀，最终实现了衬砌结构隧道中管片残余轴力的精确模拟。
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