CN109709034A - 一种管片-道床最小粘接力测定装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管片‑道床最小粘接力测定装置及测试方法，包括模拟盾构管片和设置在模拟盾构管片内下部的模拟道床；模拟盾构管片和模拟道床之间设置有隔板；还设置有一端固定设置在模拟盾构管片外侧下端，另一端依次穿过模拟盾构管片、隔板和道床的固定杆；导线一端连接固定杆上端，另一端依次经过设置在道床上的滑轮、模拟盾构管片侧壁，连接到设置在模拟盾构管片外侧的固定支架；道床上还设置有用于提供测试所需动载的动载装置；还设置有用于采集导线拉力的力传感器；本发明考虑了隧道运营条件下振动作用对结构的影响，更符合隧道实际情况，实现了最小粘接力的直接测量。

Description

一种管片-道床最小粘接力测定装置及测试方法
技术领域
本发明涉及隧道性能检测评价技术领域，具体涉及一种管片-道床最小粘接力测定装置及测试方法。
背景技术
随着城市化进程越来越快，地铁隧道建设已经得到了快速的发展，盾构法隧道施工为地下空间建设提供保证；在盾构隧道施工中，隧道管片采用预制管片直接拼装，在管片拼装完成后进行混凝土现浇道床；管片结构与道床结构之间存在一定的粘接力；粘接力是保持管片与道床整体性的主要作用力；在列车振动作用下管片与道床的整体性受到影响，当振动荷载超过粘接力大小时，管片与道床的振动变形不协调，会产生剥离、渗水冒浆等一系列问题，缩短使用寿命，影响安全。因此，获取道床-管片粘接力数值对保障隧道运营安全十分重要。
目前还没有简单有效的设备及方法获取这一数值；对于粘接力主要由理论研究、数值模拟与室内试验：如第一汽车基团公司公开的一种评价厚有机涂层粘接强度的模拟试验方法；取试片2片，在试验区域之间放置尼龙粉，使试验区搭接，置于上下两砝码之间，放置于烘箱中；一段时间后取出冷却到室温，在非金属材料拉力强度试验机上进行粘接力测定，取平均值为试验结果。该方法能评价有机涂层粘接强度，但考虑到道床-管片结构并非单纯有机涂层粘接，其粘接力与有机涂层粘接强度有一定区别，因此并不适用于道床-管片结构的研究。《现浇无砟轨道轨枕结构对新老混凝土粘接面应力状态的影响》基于热力学，以有限元分析软件为平台，编写了整体道床轨道新老混凝土粘接面结构静力分析及热-结构耦合瞬态分析的程序。建立整体道床模型，对模型中新老混凝土粘接面的温度场、温度梯度、温度应力及结构应力进行分析。该方法通过有限元软件进行数值模拟，分析粘接面的应力状态。主要考虑了温度应力的影响，没有考虑列车动荷载，同时该方法主要通过理论仿真来研究，实际过程是一个复杂的状态，不是理想材料，在实际应用中存在一定的局限性。
现有的适用于厚有机涂层间粘接强度测定的方法，并不适用于隧道管片-道床之间粘接力的测量；因为管片与道床之间并非依靠有机涂层粘接，而是在既有混凝土管片上浇筑混凝土形成的粘接力；管片、道床均为大型结构，不能直接依靠拉力强度试验机检测，最后作用力形式不同，管片-道床结构承受振动荷载，不能简单等同于拉力。
发明内容
本发明针对现有技术的缺点提出一种可以模拟现场情况，考虑振动荷载作用，直观获取粘接力数值的管片-道床最小粘接力测定装置及测试方法。
本发明采用的技术方案是：一种管片-道床最小粘接力测定装置，包括模拟盾构管片和设置在模拟盾构管片内下部的模拟道床；模拟盾构管片和模拟道床之间设置有隔板；还设置有一端固定设置在模拟盾构管片外侧下端，另一端依次穿过模拟盾构管片、隔板和道床的固定杆；导线一端连接固定杆上端，另一端依次经过设置在道床上的滑轮、模拟盾构管片侧壁，连接到设置在模拟盾构管片外侧的固定支架；道床上还设置有用于提供测试所需动载的动载装置；还设置有用于采集导线拉力的力传感器。
进一步的，所述导线通过预紧螺栓与固定支架连接。
进一步的，所述模拟道床内设置有供固定杆穿过的第一套筒。
进一步的，所述固定杆采用钢筋制备，一端通过螺栓固定设置在模拟盾构管片外壁。
进一步的，所述模拟盾构管片侧壁上设置有供导线穿过的第二套筒。
一种管片-道床最小粘接力测定装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤1：将模拟盾构管片进行拼装，钻设供固定杆穿过的通孔；在模拟盾构管片内铺设与其内壁贴合的隔板，然后进行模拟道床的浇筑；
步骤2：对模拟道床进行养护；
步骤3：将固定杆一端固定在模拟盾构管片外壁，另一端依次穿过模拟盾构管片、隔板和模拟道床；并将导线一端与固定杆上端连接，将力传感器设置在导线上；
步骤4：在导线与固定支架连接端对导线施加预紧力；
步骤5：将动载装置设置在模拟道床上，采用预设频率启动动载装置；
步骤6：收集力传感器采集到的力信号，即管片-道床最小粘接力。
本发明的有益效果是：
（1）本发明考虑了隧道运营条件下振动作用对结构的影响，更符合隧道实际情况；
（2）本发明将难以直接测量的最小粘接力等效转换为列车振动导致道床与管片结构间的相互作用力，实现了最小粘接力的直接测量。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明装置局部结构示意图。
图中，1-模拟盾构管片，2-动载装置，3-模拟道床，4-隔板，6-固定杆，7-螺栓，8-滑轮，9-导线，10-力传感器，11-固定支架，12-预紧螺栓,13-第二套筒。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1-2所示，一种管片-道床最小粘接力测定装置，包括模拟盾构管片1和设置在模拟盾构管片1内下部的模拟道床3；模拟盾构管片1和模拟道床3之间设置有隔板4；还设置有一端固定设置在模拟盾构管片1外侧下端，另一端依次穿过模拟盾构管片1、隔板4和道床3的固定杆6；导线9一端连接固定杆6上端，另一端依次经过设置在道床3上的滑轮8、模拟盾构管片1侧壁，连接到设置在模拟盾构管片1外侧的固定支架11；道床3上还设置有用于提供测试所需动载的动载装置2；还设置有用于采集导线9拉力的力传感器10。
导线9通过预紧螺栓12与固定支架11连接；模拟道床3内设置有供固定杆6穿过的第一套筒5；固定杆6采用钢筋制备，一端通过螺栓7固定设置在模拟盾构管片1外壁。模拟盾构管片1侧壁上设置有供导线9穿过的第二套筒13。
一种管片-道床最小粘接力测定装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤1：将模拟盾构管片1进行拼装，钻设供固定杆6穿过的通孔；在模拟盾构管片1内铺设与其内壁贴合的隔板4，然后进行模拟道床3的浇筑。
在拼装完成后的模拟盾构管片1上钻孔，钻孔尺寸与固定杆6采用的钢筋外径尺寸相同，确保钢筋插入后与模拟盾构管片1的整体性，保持钢筋与模拟盾构管片1运动一致。在混凝土道床浇筑前，在模拟盾构管片1内铺设一层薄隔板4，固定隔板并使其与模拟盾构管片1内侧紧密贴合，确保模拟道床3浇筑后与模拟盾构管片1形状一致且完全贴合，处于临界状态。预埋第一套筒5，第一套筒5内径尺寸略大于钢筋外径尺寸，确保钢筋植入后与模拟道床3结构之间没有摩擦阻力，排除摩擦力的影响。
步骤2：对模拟道床3进行养护；
按照现场C35混凝土进行整体模拟道床3的浇筑，浇筑完成后在标准条件下进行养护。
步骤3：将固定杆6一端固定在模拟盾构管片1外壁，另一端依次穿过模拟盾构管片1、隔板4和模拟道床3；并将导线9一端与固定杆6上端连接，将力传感器10设置在导线9上。
模拟道床3养护完成后，将导线9一端绑扎在钢筋上，在导线上布置力传感器10；钢筋通过第一套筒5，穿过模拟盾构管片1，在模拟盾构管片1外侧用预紧螺栓12固定钢筋，使钢筋与模拟盾构管片1紧密接触，形成统一整体。导线9通过模拟道床表面设置的滑轮8及模拟盾构管片1一端预留的孔导出至模拟盾构管片1外，固定在固定支架11上，固定支架11一侧用预紧螺栓12加固；通过预紧螺栓12施加一定的预紧力；其中滑轮8通过支架设置在模拟道床3上。
步骤4：在导线9与固定支架11连接端对导线9施加预紧力；
步骤5：将动载装置2设置在模拟道床3上，采用预设频率启动动载装置2；
装置安装完成后，将动载装置2设置到模拟道床3上，启动动载装置2；动载装置2采用现场采集得到的频率进行动载加载。
步骤6：收集力传感器10采集到的力信号，即管片-道床最小粘接力。
还可以在导线9上设置输出设备，将力传感器10采集到的信号输出；可以包括A/D转换装置和存储装置，还可以包括收发模块，通过无线通讯的方式将信号发送到远程监控装置。
在动载加载过程中，模拟盾构管片1和模拟道床3发生振动，结构件相互振动产生的力的数值即为保护模拟盾构管片1与模拟道床3为统一整体所需的最小粘接力；由于钢筋与模拟盾构管片1为统一整体，因此作用在钢筋上的力即为最小粘接力。将钢筋受力通过导线传导，通过力传感器10测量输出，采集输出数值即获得管片-道床结构最小粘接力。
本发明充分考虑隧道运营条件下振动作用对结构的影响，实现了动载条件下最小粘接力的测量；将最小粘接力等效为列车振动导致道床和管片结构间的相互作用力，通过布置仪器将结构间作用力等效为钢筋受力；通过导线和滑轮将最小粘接力传导至隧道外，通过力传感器10进行测量，适用于研究不同盾构隧道的最小粘接力。

Claims (6)

1.一种管片-道床最小粘接力测定装置，其特征在于，包括模拟盾构管片(1)和设置在模拟盾构管片(1)内下部的模拟道床(3)；模拟盾构管片(1)和模拟道床(3)之间设置有隔板(4)；还设置有一端固定设置在模拟盾构管片(1)外侧下端，另一端依次穿过模拟盾构管片(1)、隔板(4)和道床(3)的固定杆(6)；导线(9)一端连接固定杆(6)上端，另一端依次经过设置在道床(3)上的滑轮(8)、模拟盾构管片(1)侧壁，连接到设置在模拟盾构管片(1)外侧的固定支架(11)；道床(3)上还设置有用于提供测试所需动载的动载装置(2)；还设置有用于采集导线(9)拉力的力传感器(10)。
2.根据权利要求1所述的一种管片-道床最小粘接力测定装置，其特征在于，所述导线(9)通过预紧螺栓(12)与固定支架(11)连接。
3.根据权利要求1所述的一种管片-道床最小粘接力测定装置，其特征在于，所述模拟道床(3)内设置有供固定杆(6)穿过的第一套筒(5)。
4.根据权利要求1所述的一种管片-道床最小粘接力测定装置，其特征在于，所述固定杆(6)采用钢筋制备，一端通过螺栓(7)固定设置在模拟盾构管片(1)外壁。
5.根据权利要求1所述的一种管片-道床最小粘接力测定装置，其特征在于，所述模拟盾构管片(1)侧壁上设置有供导线(9)穿过的第二套筒(13)。
6.一种如权利要求1所述的管片-道床最小粘接力测定装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将模拟盾构管片(1)进行拼装，钻设供固定杆(6)穿过的通孔；在模拟盾构管片(1)内铺设与其内壁贴合的隔板(4)，然后进行模拟道床(3)的浇筑；
步骤2：对模拟道床(3)进行养护；
步骤3：将固定杆(6)一端固定在模拟盾构管片(1)外壁，另一端依次穿过模拟盾构管片(1)、隔板(4)和模拟道床(3)；并将导线(9)一端与固定杆(6)上端连接，将力传感器(10)设置在导线(9)上；
步骤4：在导线(9)与固定支架(11)连接端对导线(9)施加预紧力；
步骤5：将动载装置(2)设置在模拟道床(3)上，采用预设频率启动动载装置(2)；
步骤6：收集力传感器(10)采集到的力信号，即管片-道床最小粘接力。
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