CN110243703A - 一种棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台及其实验方法 - Google Patents

一种棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台及其实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台，包括：用于安装棚洞试验模型的地锚沟、用于提升并释放冲击锤的起吊天车、用于控制冲击锤冲击攻角和冲击轨迹的摆锤冲击系统和巨型龙门吊；所述摆锤冲击系统包括牵引天车、可伸缩圆柱摆杆和冲击锤接头，牵引天车用于调整摆轴位置，用于改变摆长的可伸缩圆柱摆杆一端通过销轴与牵引天车相连，另一端的冲击锤接头用于安装冲击锤；本申请实验系统具有试验成本低，效率高，并且可以安全方便重复地进行冲击试验和数据采集的优势。

Description

一种棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台及其实验方法
技术领域
本发明涉及防护系统技术领域，具体是一种棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台及其实验方法。
背景技术
随着我国西部开发和交通建设大发展，交通干线等逐渐向山区延伸，落石灾害已愈发突出。采用钢筋混凝土结构形式的棚洞对落石灾害进行防护是广泛采用的结构形式。明确棚洞防护系统的防护能力，优化棚洞防护系统的设计，是提高防护能力的前提。但国内目前尚无可用于多种棚洞结构足尺冲击试验的高能级多攻角摆锤冲击试验台，故能够解决多功能联合平台这一问题，可以使棚洞防护技术的发展更上一步台阶。
本申请发明人在研究中发现：国外的针对棚洞结构的试验基本上是利用既有山坡开展冲击试验，缺点是试验场地易受现场环境的限制，试验成本高且效率底。而且所建立的试验场试验对象单一，不具有多种棚洞防护系统的高能级多攻角摆足尺冲击试验能力。
发明内容
针对上述问题本发明的目的在于提供一种可降低试验成本，节约时间成本以及可用于多种棚洞结构足尺冲击试验的棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台。技术方案如下：
一种棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台，包括：巨型龙门吊、起吊天车、摆锤冲击系统、地锚沟和冲击锤；
巨型龙门吊可在试验台面上的轨道上自由移动，巨型龙门吊的顶部设置有导轨；
起吊天车可移动地设置在巨型龙门吊的导轨上；起吊天车上设有升降释放装置，升降释放装置通过升降索和吊耳与冲击锤连接；
所述摆锤冲击系统包括牵引天车、可伸缩圆柱摆杆和冲击锤接头，可伸缩圆柱摆杆一端可转动地连接在牵引天车上，另一端连接在冲击锤接头上，牵引天车可在巨型龙门吊的导轨上自由移动；
地锚沟为设置在试验台面上的长方体的沟槽，设置在所述巨型龙门吊的导轨内测，棚洞试验模型通过螺栓锚固在地锚沟上；
冲击锤为根据试验需要的外形、尺寸和质量制作而成的可更换预制构件，外表面由钢板焊接而成，内部布置钢筋，并浇筑混凝土，冲击锤上设有预设耳板，冲击锤接头上设有与耳板相适配的夹槽，耳板和夹槽均设有相对应的预设锚孔，耳板和夹槽通过螺栓穿过锚孔进行锚固，实现冲击锤和冲击锤接头的连接；
所述起吊天车和所述摆锤冲击系统将冲击锤提升到试验要求的高度后，释放冲击锤，使冲击锤以设计的能量和攻角完成棚洞试验模型的冲击试验。
进一步地，所述地锚沟为9m x 0.2m x 0.5m的长方体的沟槽，所述地锚沟共两列，每列中相邻地锚沟中心线间距为2.5m，两列地锚沟中线间距为19m。
进一步地，所述可伸缩圆柱摆杆由4段空心圆柱钢管组成，每段空心圆柱钢管长5m，壁厚50mm，与牵引天车相连的空心圆柱钢管外径为600mm；所述可伸缩圆柱摆杆可实现0-20m范围内任意长度的摆长改变。
进一步地，所述冲击锤接头上的夹槽为500mmx 300m x 150mm的长方体的沟槽；所述冲击锤上所设的耳板为600mmx 300m x 150mm的长方体板；耳板和夹槽均设有相对应的4组预留锚孔，通过螺栓锚固耳板和夹槽。
进一步地，在所述地锚沟外侧设有预埋管，用于埋藏传感器数据线。
进一步地，所述棚洞试验模型包括柔性棚洞试验模型和钢筋混凝土棚洞试验模型。
进一步地，所述可伸缩圆柱摆杆通过销轴与牵引天车相连。
另一方面，本申请还保护一种根据上述任一项所述的棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台的实验方法，包括以下步骤：
1)将棚洞试验模型用锚固件安装在地锚沟上；
2)将可伸缩圆柱摆杆调整为试验要求的摆长，前后移动牵引天车至试验要求的摆轴位置，用起吊天车提升冲击锤接头，带动冲击锤达到试验要求的高度；
3)通过升降释放装置松开绕其内部转轴绞紧的升降索，松弛的升降索随冲击锤接头释放，使冲击锤以可伸缩圆柱摆杆的杆长为摆长，绕摆轴定轴摆落，将势能转换为动能，以设计的能量和攻角完成棚洞试验模型的冲击试验。
进一步地，还包括，移动巨型龙门吊，选定冲击位置。
进一步地，通过改变摆轴到棚洞试验模型中轴线的距离x1,冲击点到棚洞试验模型中轴线的距离x2，可伸缩圆柱摆杆302的摆长L，初始提升位置到冲击位置的高度差H,可控制攻角α的改变。
本发明的有益效果是：本发明的棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台可以修建在就近的场地，利用地锚沟安装棚洞结构试验模型，在同一平台上实现多种棚洞结构在多种冲击体多攻角冲击下的足尺冲击的试验，试验场地不受现场环境限制，不需要每次试验时搬运试验设备到较远的山地，试验成本低，效率高；并且可以安全方便重复地进行冲击试验和数据采集。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例的一种棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台及其实验方法的柔性棚洞试验模型试验示意图。
图2为本发明实施例的一种棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台及其实验方法的钢筋混凝土棚洞试验模型试验示意图。
图3为本发明实施例的一种棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台及其实验方法的摆锤冲击系统的结构示意图。
图4为本发明实施例的一种棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台及其实验方法的冲击锤接头与冲击锤的连接方式示意图。
图5为本发明实施例的一种棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台及其实验方法的多功角实现方式示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
如图1-4所示，可用于多种棚洞结构足尺冲击试验的棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台，包括巨型龙门吊1、用于提升并释放冲击锤接头303的起吊天车2、用于控制冲击锤5冲击攻角和轨迹的摆锤冲击系统3、用于安装棚洞试验模型的地锚沟4、用于龙门吊移动的轨道7和用于牵引天车和起吊天车移动的轨道8。
地锚沟4用于完成棚洞试验模型的安装，棚洞试验模型包括柔性棚洞试验模型6和钢筋混凝土棚洞试验模型9，以柔性棚洞试验模型6的安装为例，参见图1，柔性棚洞试验模型6使用锚固件安装在地锚沟4上；巨型龙门吊1上设有起吊天车2和牵引天车301；通过牵引天车301及可伸缩圆柱摆杆302确定试验要求的摆轴位置及摆长后，用起吊天车2提升冲击锤接头303，在冲击锤5达到试验要求的高度后，通过升降释放装置10松开绕其内部转轴绞紧的升降索，松弛的升降索随冲击锤接头303释放，使冲击锤5以可伸缩圆柱摆杆302的杆长为摆长，绕摆轴定轴摆落，将势能转换为动能，以设计的能量和攻角完成柔性棚洞试验模型6的冲击试验。
地锚沟4还可以用于完成钢筋混凝土棚洞试验模型9的安装，如图2所示，钢筋混凝土棚洞试验模型9使用锚固件安装在地锚沟4上；巨型龙门吊1上设有起吊天车2和牵引天车301；通过牵引天车301及可伸缩圆柱摆杆302确定试验要求的摆轴位置及摆长后，用起吊天车2提升冲击锤接头303，在冲击锤5达到试验要求的高度后，通过升降释放装置释10松开绕其内部转轴绞紧的升降索，松弛的升降索随冲击锤接头303释放，使冲击锤5以可伸缩圆柱摆杆302的杆长为摆长，绕摆轴定轴摆落，将势能转换为动能，以设计的能量和攻角完成钢筋混凝土棚洞试验模型9的冲击试验。
巨型龙门吊1吊装范围及吊装能力需保证巨型龙门吊1能够在试验区域内使用，实验过程中，可移动巨型龙门吊1，选定冲击位置。
所述地锚沟外侧设有预埋管，用于埋藏传感器数据线。
冲击锤5是根据试验需要的外形、尺寸和质量制作而成的可更换预制构件，为避免冲击锤5在进行冲击试验过程中发生破坏，冲击锤5外表面由钢板焊接而成，内部布置钢筋，并浇筑混凝土。为便于冲击锤5与冲击锤接头303的连接，在冲击锤5的制作过程中，可预设耳板，用于冲击锤5与冲击锤接头303的连接。
如图5所示，通过改变摆轴到棚洞试验模型中轴线的距离x1,冲击点到棚洞试验模型中轴线的距离x2，可伸缩圆柱摆杆302的摆长L，初始提升位置到冲击位置的高度差H,可控制攻角α的改变及速度v的大小
本试验平台的工作原理为：将棚洞试验模型(柔性棚洞试验模型6、钢筋混凝土棚洞试验模型9)使用锚固件安装在地锚沟4上，通过牵引天车301及可伸缩圆柱摆杆302确定试验要求的摆轴位置及摆长后，用起吊天车2提升冲击锤接头303，在冲击锤5达到试验要求的高度后，通过提升释放装置10释放松开绕其内部转轴绞紧的升降索，松弛的升降索随冲击锤接头303释放，使冲击锤5以可伸缩圆柱摆杆302的杆长为摆长，绕摆轴定轴摆落，将势能转换为动能，以设计的能量和攻角完成棚洞试验模型(柔性棚洞试验模型6、钢筋混凝土棚洞试验模型9)的冲击试验。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台，其特征在于，包括：巨型龙门吊(1)、起吊天车(2)、摆锤冲击系统(3)、地锚沟(4)和冲击锤(5)；
巨型龙门吊(1)可在试验台面上的轨道上自由移动，巨型龙门吊(1)的顶部设置有导轨；
起吊天车(2)可移动地设置在巨型龙门吊(1)的导轨上；起吊天车(2)上设有升降释放装置(10)，升降释放装置(10)通过升降索与冲击锤接头(303)上的吊耳连接；
所述摆锤冲击系统(3)包括牵引天车(301)、可伸缩圆柱摆杆(302)和冲击锤接头(303)，可伸缩圆柱摆杆(302)一端可转动地连接在牵引天车(301)上，另一端连接在冲击锤接头(303)上，牵引天车(301)可在巨型龙门吊(1)的导轨上自由移动；
地锚沟(4)为设置在试验台面上的长方体的沟槽，设置在所述巨型龙门吊(1)的导轨内测，棚洞试验模型通过螺栓锚固在地锚沟(4)上；
冲击锤(5)是根据试验需要的外形、尺寸和质量制作而成的可更换预制构件，外表面由钢板焊接而成，内部布置钢筋，并浇筑混凝土，冲击锤(5)上设有预设耳板，冲击锤接头(303)上设有与耳板相适配的夹槽，耳板和夹槽均设有相对应的预设锚孔，耳板和夹槽通过螺栓穿过锚孔进行锚固，实现冲击锤(5)和冲击锤接头(303)的连接；
所述起吊天车(2)和所述摆锤冲击系统(3)将冲击锤(5)提升到试验要求的高度后，升降释放装置(10)松开绕其内部转轴绞紧的升降索，松弛的升降索随冲击锤接头(303)释放，使冲击锤(5)以设计的能量和攻角完成棚洞试验模型的冲击试验。
2.根据权利要求1所述的棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台，其特征在于，所述地锚沟(4)为9m x 0.2m x 0.5m的长方体的沟槽，所述地锚沟(4)共两列，每列中相邻地锚沟(4)中心线间距为2.5m，两列地锚沟(4)中线间距为19m。
3.根据权利要求1或2所述的棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台，其特征在于，所述可伸缩圆柱摆杆(302)由4段空心圆柱钢管组成，每段空心圆柱钢管长5m，壁厚50mm，与牵引天车(301)相连的空心圆柱钢管外径为600mm；所述可伸缩圆柱摆杆(302)可实现0-20m范围内任意长度的摆长改变。
4.根据权利要求1或2所述的棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台，其特征在于，所述冲击锤接头(303)上的夹槽为500mm x 300m x 150mm的长方体的沟槽；所述冲击锤(5)上所设的耳板为600mm x 300m x 150mm的长方体板；耳板和夹槽均设有相对应的4组预留锚孔，通过螺栓锚固耳板和夹槽。
5.根据权利要求1-4之一所述的棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台，其特征在于，在所述地锚沟(4)外侧设有预埋管，用于埋藏传感器数据线。
6.根据权利要求1-4之一所述的棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台，其特征在于，所述棚洞试验模型包括柔性棚洞试验模型(6)和钢筋混凝土棚洞试验模型(9)。
7.根据权利要求1-4之一所述的棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台，其特征在于，所述可伸缩圆柱摆杆(302)通过销轴与牵引天车(301)相连。
8.根据权利要求1-7任一项所述的棚洞结构的高能级多攻角摆锤冲击试验台的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将棚洞试验模型用锚固件安装在地锚沟(4)上；
2)将可伸缩圆柱摆杆(302)调整为试验要求的摆长，前后移动牵引天车(301)至试验要求的摆轴位置，用起吊天车(2)提升冲击锤接头(303)，带动冲击锤(5)达到试验要求的高度；
3)通过升降释放装置(10)松开绕其内部转轴绞紧的升降索，松弛的升降索随冲击锤接头(303)释放，使冲击锤(5)以可伸缩圆柱摆杆(302)的杆长为摆长，绕摆轴定轴摆落，将势能转换为动能，以设计的能量和攻角完成棚洞试验模型的冲击试验。
9.根据权利要求8所述的实验方法，其特征在于，还包括，移动巨型龙门吊(1)，选定冲击位置。
10.根据权利要求8或9所述的实验方法，其特征在于，通过改变摆轴到棚洞试验模型中轴线的距离x1,冲击点到棚洞试验模型中轴线的距离x2，可伸缩圆柱摆杆302的摆长L，初始提升位置到冲击位置的高度差H,可控制攻角α的改变。
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