CN112683775B - 钢壳混凝土沉管隧道推出式最终接头滑道摩擦力测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沉管隧道技术领域，特别是涉及一种钢壳混凝土沉管隧道推出式最终接头滑道摩擦力测试系统。测试系统包括：在第一管节中设有第一端封门，在第二管节中设有第二端封门，在第一管节和第二管节段之间设有钢壳扩大段，钢壳扩大段的第一端的内侧与第一管节的外壳连接，在钢壳扩大段内设有推出段，在推出段上设有端封板，在推出段和钢壳扩大段之间设有滑道板，推出段沿滑道板在第一管节和第二管节之间滑动，在滑道板上设有压力传感器，推出段上连接有控压装置，控压装置用于增加或减少推出段的重力；推出段经拉合台座分别与第一端封门和第二端封门连接。本发明能够模拟真实环境，对不同运动速度下的推出段的滑道板摩擦系数进行测试。

Description

钢壳混凝土沉管隧道推出式最终接头滑道摩擦力测试系统

技术领域

本发明涉及沉管隧道技术领域，特别是涉及一种钢壳混凝土沉管隧道推出式最终接头滑道摩擦力测试系统。

背景技术

在海中施工推出式最终接头，滑道设计非常关键，在复杂海洋工况下实际摩擦系数的确定，推出油缸设计的关键因素，决定着最终接头推出成功与否，由于滑道板摩擦系数跟正压力相关及滑动速度有关，由于实验环境与真实环境存在差异，需要进行不同正压力以及不同速度下滑道板摩擦系数的测试。

发明内容

有鉴于此，本发明主要解决的技术问题在于提供一种能够模拟真实环境，对不同正压力以及不同速度下滑道板摩擦系数的测试系统。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

本发明的实施例提供一种钢壳混凝土沉管隧道推出式最终接头滑道摩擦力测试系统，所述测试系统包括：第一管节和第二管节，在所述第一管节中设有第一端封门，在所述第二管节中设有第二端封门，在所述第一管节和第二管节段之间设有钢壳扩大段，所述钢壳扩大段的第一端的内侧与所述第一管节的外壳连接，在所述钢壳扩大段内设有推出段，在所述推出段上设有端封板，在所述推出段和钢壳扩大段之间设有滑道板，所述推出段沿所述滑道板在所述第一管节和第二管节之间滑动，在所述滑道板上设有压力传感器，所述推出段上连接有控压装置，所述控压装置用于增加或减少所述推出段的重力；所述推出段经拉合台座分别与第一端封门和第二端封门连接。

上述的测试系统中，所述控压装置为减压装置，所述减压装置包括气囊结构和空气压缩机，在所述推出段的端封板两侧各设有至少一个气囊结构，所述气囊结构的开口处经通气管道与空气压缩机连通。

上述的测试系统中，在所述端封板两侧各焊接有至少一个水平向钢钉，所述水平向钢钉垂直于所述端封板，所述气囊结构经钢绞线与所述钢钉连接。

上述的测试系统中，所述气囊结构包括充气气囊和钢笼，所述充气气囊设置在所述钢笼中。

上述的测试系统中，在所述钢壳扩大段上设有预留孔，所述通气管道贯穿所述预留孔，在所述开口处设有阀门。

上述的测试系统中，所述控压装置为增压装置，所述增压装置包括液压结构和液压控制系统，在所述推出段的端封板的一侧设有液压结构，所述液压结构经液压管与液压控制系统连接，所述液压结构上设有轮式支座，所述轮式支座带动所述液压结构随推出段一起运动。

上述的测试系统中，在所述端封板上焊接有水平连接段，所述水平连接段垂直于所述端封板，所述水平连接段上连接有竖向推力段的一端，所述竖向推力段垂直于所述水平连接段，所述轮式支座设置在所述竖向推力段的另一端，所述轮式支座在所述钢壳扩大段内轴向滚动。

上述的测试系统中，在所述钢壳扩大段上设有预留孔，所述液压管贯穿所述预留孔；

上述的测试系统中，在所述钢壳扩大段的上方设有刚度加强段8。

上述的测试系统中，所述测试系统还包括推出控制装置，所述推出控制装置与所述推出段的端封板的第一侧连接，以推动所述推出段向第二管节方向运动。

上述的测试系统中，所述滑道板为四氟乙烯滑板，所述滑道板厚度1cm。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明能够模拟真实环境，对不同正压力、不同运动速度下的推出段的滑道板摩擦系数进行测试。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的实施例提供的钢壳混凝土沉管隧道推出式最终接头滑道摩擦力测试系统的结构示意图；

图2是本发明的实施例提供的钢壳混凝土沉管隧道推出式最终接头滑道摩擦力测试系统的另一结构示意图；

图3是本发明的实施例提供的钢壳混凝土沉管隧道推出式最终接头滑道摩擦力测试系统的横断面图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图1和图2所示的一种钢壳混凝土沉管隧道推出式最终接头滑道摩擦力测试系统，其包括：第一管节11和第二管节12，在所述第一管节11中设有第一端封门21，在所述第二管节12中设有第二端封门22，在所述第一管节11和第二管节12段之间设有钢壳扩大段3，所述钢壳扩大段3的第一端的内侧与所述第一管节11的外壳固定连接，在所述钢壳扩大段3内设有推出段4，在所述推出段4上设有端封板40，在所述推出段4和钢壳扩大段3之间设有滑道板(见图3)，所述推出段4沿所述滑道板在所述第一管节11和第二管节12之间滑动，具体的所述推出段4沿所述滑道板上的滑道9滑动，在所述滑道板上设有压力传感器，所述推出段4上连接有控压装置，所述控压装置用于增加或减少所述推出段4的重力；所述推出段4经拉合台座10分别与第一端封门21和第二端封门22连接。

本实施例中，所述滑道板为四氟乙烯滑板，所述滑道板厚度1cm。

所述测试系统还包括推出控制装置5，所述推出控制装置5与所述推出段4的端封板40的第一侧连接，以推动所述推出段4向第二管节12方向运动。

本实施例中，所述推出控制装置5为千斤顶或水平推力液压装置，通过对所述推出控制装置5通过逐级加载，直至所述推出段4移动。所述推出控制装置5能够控制所述推出段4的移动速度。

具体地，所述滑道分别布置在边墙与中墙位置，所属中墙为隧道结构中部的墙，边墙和中墙均与上下底板连接，为结构的主要受力构件之一。

为了对不同正压力条件下的滑道板摩擦系数进行测试，本发明对控压装置进行了进一步设计，一种是为了增加所述推出段4对滑道板的压力，另一种是为了减少所述推出段4对滑道板的压力。具体实施方式如下：

方式1：如图1所示，所述控压装置为减压装置，所述减压装置包括气囊结构6和空气压缩机61，在所述推出段4的端封板40两侧各设有一个气囊结构6，所述气囊结构6的开口处经通气管道64与空气压缩机61连通。所述充气气囊充气后产生浮力，能够减少推出段4自重所产生的正压力。所述空气压缩机61设置在实验所用水箱的外部。在所述端封板40两侧各焊接有一个水平向钢钉62，所述水平向钢钉62垂直于所述端封板40，所述气囊结构6经钢绞线63与所述钢钉连接。所述气囊结构6包括充气气囊和钢笼，所述充气气囊设置在所述钢笼中，从而能够降低充气气囊的损坏的可能性。在所述钢壳扩大段3上设有预留孔，所述通气管道64贯穿所述预留孔，在所述开口处设有阀门。

作为可以变化的实施方式，所述推出段4的端封板40两侧的气囊结构6的个数还可以为两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个以上等任意个数。每个气囊结构6设置单独进排气气阀，空气压缩机61设置为对众多气囊单独控制，通过浮力的多级控制，结合压力传感器的检测，实现正压力的控制。在所述端封板40焊接的水平向钢钉62个数与所述气囊结构6的个数相同，也就是每个气囊结构6与一个水平向钢钉62连接。

方式2：如图2所示，所述控压装置为增压装置，所述增压装置包括液压结构7和液压控制系统72，在所述推出段4的端封板40的一侧设有液压结构7，所述液压结构7经液压管71与液压控制系统72连接，所述液压控制系统72设置于水槽外。所述液压结构7上设有轮式支座73，所述轮式支座73带动所述液压结构7随推出段4一起运动，也就是说，在推出段4运动时，所述轮式支座73与所述钢壳扩大段3滚动连接。在所述端封板40上焊接有水平连接段74，所述水平连接段74垂直于所述端封板40，所述水平连接段74上连接有竖向推力段75的一端，所述竖向推力段75垂直于所述水平连接段74，所述轮式支座73设置在所述竖向推力段75的另一端，所述水平连接段74与所述端封板40固定焊接连接，确保推出过程中所述竖向推力段75竖直向上。所述轮式支座73在所述钢壳扩大段3内轴向滚动。在所述钢壳扩大段3上设有预留孔，所述液压管71贯穿所述预留孔。

在所述推出段4推出过程中，通过所述液压控制系统72增大液压结构7的液压推力，从而增大滑动板上的正压力。

在所述推出段和钢壳扩大段之间设有止水带，用于使第一管节与推出段形成密闭空间。

在所述钢壳扩大段上设有注水管，以使推出段与第一管节之间腔体充满水体，能够抵消端封板外侧的水压。

在所述第二端封门的底部上设有排水管。

本发明所述的测试系统的测试方法如下：

1)所述测试系统为最终接头的1:5缩尺模型，将1:5缩尺模型最终接头吊入模拟实验用的钢水箱中，其中：所述模型的推出段4嵌入钢壳扩大段3内，所述推出段4下端设置在滑道板上，所述滑道板设置与在钢壳扩大段3底端，所述滑道板上设置有压力传感器；

2)计算真实环境下滑道正压力：推出段4的重力减去推出段4的浮力；

3)计算实验环境下滑道正压力：通过压力传感器计算模型在非加载状态下的正压力；非加载状态是指气囊不充气以及液压缸不加压，即自然状态下压力传感器获得的压力数值。

4)计算实验环境下滑道正压力与真实环境下滑道正压力之差，确定选择所述控压装置为增压装置还是减压装置；

5)调整所述控压装置，使所述实验环境下滑道正压力与真实环境下滑道正压力相等，也就是使实验环境跟真实施工环境相同。根据u＝F/N,计算出滑道的摩擦系数。

根据两种不同的控压装置，具体的计算方式如下：

1)经过压力传感器压力检测，如果模拟非加载情况下，真实环境下滑道正压力小于实验环境下滑道正压力，那么，计算单个充气气囊浮力，除以滑道面积，为浮力产生的正压力，通过空气压缩机61启动充气气囊，调整至实验环境下滑道正压力与真实环境下滑道正压力最接近情况，进行水平推力系统启动，直至推出式接头滑动。根据u＝F/N,计算出滑道的摩擦系数。

2)如果真实环境下滑道正压力大于实验环境下滑道正压力，启动正压力加压系统(即包含增压装置的测试系统)，通过所述液压控制系统72增大液压结构7的液压推力，从而增大滑动板的正压力。通过滑道板压力传感器检测，当实验环境下滑道正压力与真实环境下滑道正压力相当时，进行水平推力系统启动，同时保持正压力值，直至推出式接头滑动。根据u＝F/N,计算出滑道的摩擦系数。

进一步地，通过所述推出控制装置5控制所述推出段4不同的移动速度，计算在同一正压力、不同移动速度下的摩擦系数。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种钢壳混凝土沉管隧道推出式最终接头滑道摩擦力测试系统，所述测试系统包括：第一管节和第二管节，在所述第一管节中设有第一端封门，在所述第二管节中设有第二端封门，在所述第一管节和第二管节段之间设有钢壳扩大段，所述钢壳扩大段的第一端的内侧与所述第一管节的外壳连接，在所述钢壳扩大段内设有推出段，在所述推出段上设有端封板，在所述推出段和钢壳扩大段之间设有滑道板，其特征在于，

所述推出段沿所述滑道板在所述第一管节和第二管节之间滑动，在所述滑道板上设有压力传感器，所述推出段上连接有控压装置，所述控压装置用于增加或减少所述推出段的重力；所述推出段经拉合台座分别与第一端封门和第二端封门连接；

所述控压装置为减压装置，所述减压装置包括气囊结构和空气压缩机，在所述推出段的端封板两侧各设有至少一个气囊结构，所述气囊结构的开口处经通气管道与空气压缩机连通；或

所述控压装置为增压装置，所述增压装置包括液压结构和液压控制系统，在所述推出段的端封板的一侧设有液压结构，所述液压结构经液压管与液压控制系统连接，所述液压结构上设有轮式支座，所述轮式支座带动所述液压结构随推出段一起运动。

2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，

在所述端封板两侧各焊接有至少一个水平向钢钉，所述水平向钢钉垂直于所述端封板，所述气囊结构经钢绞线与所述钢钉连接。

3.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，

所述气囊结构包括充气气囊和钢笼，所述充气气囊设置在所述钢笼中。

4.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，

在所述钢壳扩大段上设有预留孔，所述通气管道贯穿所述预留孔，在所述开口处设有阀门。

5.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，

在所述端封板上焊接有水平连接段，所述水平连接段垂直于所述端封板，所述水平连接段上连接有竖向推力段的一端，所述竖向推力段垂直于所述水平连接段，所述轮式支座设置在所述竖向推力段的另一端，所述轮式支座在所述钢壳扩大段内轴向滚动。

6.如权利要求1或5所述的测试系统，其特征在于，

在所述钢壳扩大段上设有预留孔，所述液压管贯穿所述预留孔；

在所述钢壳扩大段的上方设有刚度加强段。

7.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，

所述测试系统还包括推出控制装置，所述推出控制装置与所述推出段的端封板的第一侧连接，以推动所述推出段向第二管节方向运动。

8.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，

所述滑道板为四氟乙烯滑板，所述滑道板厚度1cm。

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