CN111413065B - 用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，属于动模型试验技术领域，包括衬砌模型、挡板、支撑柱、压力传感器和加减压装置，衬砌模型与用于模拟的隧道结构相同；两个挡板分别固定于衬砌模型的两端；支撑柱为弹性件，多个支撑柱沿衬砌模型的横断面均匀分布，且支撑柱的两端支撑于两个挡板之间；压力传感器安装于衬砌模型的内壁；加减压装置设置于衬砌模型的外面，通过通气管与衬砌模型的密闭空间连通。本发明提供的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，通过模拟隧道内气动荷载的变化，提供准确的数据，进而准确分析气动荷载对已有裂损衬砌裂纹开裂、贯通、衬砌掉块的影响。
Description
技术领域
本发明属于气动模型试验技术领域，更具体地说，是涉及一种用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统。
背景技术
随着我国高速铁路的发展，高速铁路隧道总延长将进一步增加。我国的高铁隧道多采用复合衬砌结构，该类型隧道在建设过程中，受到不良地质条件、施工工艺、工装设备等因素的影响，不可避免的出现衬砌开裂、掉块、渗漏水等病害形式。其中，拱顶掉块是威胁列车安全运营的重要风险。
拱顶掉块中，80％以上的掉块发生在衬砌表面已有裂损处，且掉块次数与列车速度呈明显的正相关性。随着高速列车运营时速的不断增大，列车的活塞风效应更加强烈，衬砌开裂处受到空气的正压和负压荷载不断上升。高速列车长期循环气动拉-压荷载的作用，必然进一步加剧衬砌已有裂损的扩展。一旦裂纹贯通产生掉块，将严重威胁高铁列车安全运营。
模型试验是在相似理论的指导下建立的模型试验系统。对于列车风模型试验是用流体测量技术测量流动参数，处理和分析数据。在对列车进出隧道产生的气动荷载对衬砌的分析过程中，目前的气动模型试验无法连续产生可变气动荷载，难以准确分析气动荷载对已有裂损衬砌裂纹开裂、贯通、以至衬砌掉块的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，旨在解决现有气动模型试验分析准确性差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，包括：衬砌模型、挡板、支撑柱、压力传感器和加减压装置，衬砌模型与用于模拟的隧道结构相同；挡板数量为两个，分别固定于所述衬砌模型的两端，用于使所述衬砌模型内形成密闭空间；支撑柱为弹性件，数量为多个，多个所述支撑柱沿所述衬砌模型的横断面均匀分布，且所述支撑柱的两端支撑于两个所述挡板之间；压力传感器安装于所述衬砌模型的内壁，用于监测所述衬砌模型受到的压力；加减压装置设置于所述衬砌模型的外面，通过通气管与所述衬砌模型的密闭空间连通，用于对所述衬砌模型内加压或减压，使所述衬砌模型内的气动荷载的发生变化，模拟列车穿越隧道的气动荷载状态。
作为本申请另一实施例，所述挡板为玻璃板，所述玻璃板与所述衬砌模型通过橡胶皮密封。
作为本申请另一实施例，所述支撑柱为橡胶构件。
作为本申请另一实施例，所述加减压装置包括用于减压的真空泵和用于加压的加压泵。
作为本申请另一实施例，所述通气管为塑料管，所述通气管穿过所述挡板与所述衬砌模型的密闭空间连通。
作为本申请另一实施例，所述通气管上设有控制阀门。
作为本申请另一实施例，还包括控制器，所述压力传感器和所述加减压装置均与所述控制器线路连接；所述控制器接收所述压力传感器采集到的所述衬砌模型密闭空间内的气体荷载信号，并将信号反馈到所述加减压装置，所述加减压装置收到信号，对所述衬砌模型内进行加压或减压。
作为本申请另一实施例，所述控制器为带有显示器的计算机控制系统。
作为本申请另一实施例，所述压力传感器借助穿过所述衬砌模型的线路与所述控制器连接。
本发明提供的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，模拟隧道制作的衬砌模型，两端设置挡板，使衬砌模型内部形成密闭空间，利用加减压装置向衬砌模型内部加压或减压，模拟列车通过隧道时，隧道内部的气动环境，利用安装在衬砌模型内的压力传感器测量压力，并利用具有弹性的支撑柱将两端的挡板支撑，用于防止衬砌模型承受来自两端挡板的纵向压力。
本发明通过加减压装置，为衬砌模型内提供连续产生可变气动荷载，并通过压力传感器时时检测，能够提供准确的数据，进而准确分析气动荷载对已有裂损衬砌裂纹开裂、贯通、衬砌掉块的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明实施例提供的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的衬砌模块的主视的结构示意图；
图3为图2的俯视结构示意图；
图4为本发明实施例提供的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统的控制原理图。
图中：1、衬砌模块；2、支撑柱；3、通气管；4、加减压装置；5、控制器；6、压力传感器；7、挡板。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统进行说明。所述用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，包括衬砌模型、挡板7、支撑柱2、压力传感器6和加减压装置4，衬砌模型与用于模拟的隧道结构相同；挡板7数量为两个，分别固定于所述衬砌模型的两端，用于使所述衬砌模型内形成密闭空间；支撑柱2为弹性件，数量为多个，多个所述支撑柱2沿所述衬砌模型的横断面均匀分布，且所述支撑柱2的两端支撑于两个所述挡板7之间；压力传感器6安装于所述衬砌模型的内壁，用于监测所述衬砌模型受到的压力；加减压装置4设置于所述衬砌模型的外面，通过通气管3与所述衬砌模型的密闭空间连通，用于对所述衬砌模型内加压或减压，使所述衬砌模型内的气动荷载的发生变化，模拟列车穿越隧道的气动荷载状态。
本发明提供的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，与现有技术相比，模拟隧道制作的衬砌模型，两端设置挡板7，使衬砌模型内部形成密闭空间，利用加减压装置4向衬砌模型内部加压或减压，模拟列车通过隧道时，隧道内部的气动环境，利用安装在衬砌模型内的压力传感器6测量压力，并利用具有弹性的支撑柱2将两端的挡板7支撑，用于防止衬砌模型承受来自两端挡板7的纵向压力。
本发明通过加减压装置4，为衬砌模型内提供连续产生可变气动荷载，并通过压力传感器6时时检测，能够提供准确的数据，进而准确分析气动荷载对已有裂损衬砌裂纹开裂、贯通、以至衬砌掉块的影响。
作为本发明提供的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，所述挡板7为玻璃板，所述玻璃板与所述衬砌模型通过橡胶皮密封。本发明利用软橡胶皮置于挡板7和衬砌模块1之间，即可实现密封，防止漏气发生。其中，玻璃板与衬砌模块1的连接，可以采用螺栓连接、铆接或其他方式的可拆卸式连接。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述支撑柱2为橡胶构件。橡胶制品本身具有一定的韧性和弹性，随气动荷载具有一定的缓冲性，能够防止衬砌模型承受来自两端玻璃板的纵向压力。其中，支撑柱2为圆柱。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图1，所述加减压装置4包括用于减压的真空泵和用于加压的加压泵。通过加压泵，向衬砌模块1内加压，通过真空泵使衬砌模块1内减压。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述通气管3为塑料管，所述通气管3穿过所述挡板7与所述衬砌模型的密闭空间连通。其中，可以在挡板7上设置快插接头，通气管3可以直接与快插接头相连。在快插接头的连接部位，设置密封圈，防止漏气。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述通气管3上设有控制阀门。本实施例中控制阀门为电磁阀，通过控制器5控制启闭，其中，控制阀门在图中未示出。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1及图4，还包括控制器5，所述压力传感器6和所述加减压装置4均与所述控制器5线路连接；所述控制器5接收所述压力传感器6采集到的所述衬砌模型密闭空间内的气体荷载信号，并将信号反馈到所述加减压装置4，所述加减压装置4收到信号，对所述衬砌模型内进行加压或减压。本实施例中，压力传感器6为现有备件，根据实际需要选择型号，在市场即可购买，真空泵和加压泵均可根据实际选择的型号购买，控制器5的PLC控制单元的型号可以选用为S7-200SMART(该产品市场上有销售)、西门子S7-300、单片机，现有购买成品即可。
本实施例通过控制器5的控制，能够连续产生气动荷载且自动控制和调节气动荷载的大小和频率，提高模拟试验的准确性。本实施例中，控制器5部分是电学控制常用的手段，电学领域技术人员利用现有的或公开的技术手段即可实现电路控制，在此仅仅简要说明。
本发明试验过程如下：通过控制器5设定气动荷载的大小和频率，使加减压装置4按照所设定气体参数进行加压和减压，气体通过通气管3进出于衬砌模型内形成的密闭空间。压力传感器6用于监控测量衬砌模型密闭空间内压力，当气体压力达到设定压力的最大值时，通过控制器5发出信号关闭加压装置，打开减压装置；当气体压力达到设定压力的最小值时，通过控制器5发出信号关闭减压装置，打开加压装置。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，所述控制器5为带有显示器的计算机控制系统。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，所述压力传感器6借助穿过所述衬砌模型的线路与所述控制器5连接。其中，衬砌模块1上设有用于线路穿过的通孔，或在通孔内穿入PVC管，线路穿过PVC管，两端通过封堵密封，放置漏气。其中，衬砌模块1在预制时，预留该通孔。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，其特征在于，包括：
衬砌模型，与用于模拟的隧道结构相同；
挡板，数量为两个，分别固定于所述衬砌模型的两端，用于使所述衬砌模型内形成密闭空间；
支撑柱，为弹性件，数量为多个，多个所述支撑柱沿所述衬砌模型的横断面均匀分布，且所述支撑柱的两端支撑于两个所述挡板之间；
压力传感器，安装于所述衬砌模型的内壁，用于监测所述衬砌模型受到的压力；
加减压装置，设置于所述衬砌模型的外面，通过通气管与所述衬砌模型的密闭空间连通，用于对所述衬砌模型内加压或减压，使所述衬砌模型内的气动荷载的发生变化，模拟列车穿越隧道的气动荷载状态。
2.如权利要求1所述的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，其特征在于，所述挡板为玻璃板，所述玻璃板与所述衬砌模型通过橡胶皮密封。
3.如权利要求1所述的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，其特征在于，所述支撑柱为橡胶构件。
4.如权利要求1所述的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，其特征在于，所述加减压装置包括用于减压的真空泵和用于加压的加压泵。
5.如权利要求1所述的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，其特征在于，所述通气管为塑料管，所述通气管穿过所述挡板与所述衬砌模型的密闭空间连通。
6.如权利要求5所述的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，其特征在于，所述通气管上设有控制阀门。
7.如权利要求1所述的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，其特征在于，还包括控制器，所述压力传感器和所述加减压装置均与所述控制器线路连接；所述控制器接收所述压力传感器采集到的所述衬砌模型密闭空间内的气体荷载信号，并将信号反馈到所述加减压装置，所述加减压装置收到信号，对所述衬砌模型内进行加压或减压。
8.如权利要求7所述的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，其特征在于，所述控制器为带有显示器的计算机控制系统。
9.如权利要求7所述的用于模拟列车穿越隧道的气动荷载加载系统，其特征在于，所述压力传感器借助穿过所述衬砌模型的线路与所述控制器连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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