CN113008493A

CN113008493A - 一种管片模型振动测试试验装置

Info

Publication number: CN113008493A
Application number: CN202011645531.8A
Authority: CN
Inventors: 李涛; 赵晶; 贺悦; 李灵锋
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2021-06-22

Abstract

本发明涉及一种管片模型振动测试试验装置，包括：模型箱，包括管片通道，其水平贯穿所述模型箱的内箱空间，经配置为模拟现实环境隧道；其中所述管片通道包括多个管片；仿真组件，其至少部分设置在所述管片通道内，经配置为启动后模拟现实环境隧道内物体振动；以及测试组件，其包括：多个设置在所述管片通道内的侦测单元和数据接收单元，经配置为启动后获取所述当前位置管片和/或其周围环境的环境参数；其中，所述管片上包括一个或多个定位组件，经配置与所述测试组件的侦测单元可拆卸地连接；其中，所述定位组件数量多于所述测试组件。本申请进一步包括一种管片模型振动测试试验方法。

Description

一种管片模型振动测试试验装置

技术领域

本发明涉及土木工程精密测试仪器领域，特别地涉及一种管片模型振动测试试验装置。

背景技术

在土木工程领域，研究地铁管片和周围土体受列车荷载的影响是一个极其关键的课题。现阶段，在土木工程领域中研究地铁管片和周围土体受列车荷载的影响的一种常见方法是模型试验。人们期望利用模型试验来探究地铁运行的影响与安全性，但现有的试验设备普遍是将传感器直接粘贴在测量部位，变换位置时再取下，在测量时既操作繁琐，又难以保证传感器的精密性，严重影响测量结果的准确性和实验的稳定性。因此人们期望一种连接稳固、操作便捷的新型测量设备。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种管片模型振动测试试验装置，包括：模型箱，包括管片通道，其水平贯穿所述模型箱的内箱空间，经配置为模拟现实环境隧道；其中所述管片通道包括多个管片；仿真组件，其至少部分设置在所述管片通道内，经配置为启动后模拟现实环境隧道内物体振动；以及测试组件，其包括：多个设置在所述管片通道内的侦测单元和数据接收单元，经配置为启动后获取所述当前位置管片和/或其周围环境的环境参数；其中，所述管片上包括一个或多个定位组件，经配置与所述测试组件的侦测单元可拆卸地连接；其中，所述定位组件数量多于所述测试组件。

特别的，所述定位组件包括磁性金属薄片；所述测试组件至少包括磁铁；其中，所述测试组件与所述定位组件通过磁吸连接。

特别的，所述定位组件包括：第一卡扣结构；所述测试组件至少包括：第二卡扣结构；其中，所述测试组件与所述定位组件，通过所述第一卡扣结构和第二卡扣结构卡接。

特别的，所述模型箱的箱体内设置有用于容纳土体的空间，在所述空间中填充土体后包围所述管片通道，经配置为模拟现实环境隧道外土体。

特别的，所述模型箱进一步包括：吸振泡沫层，覆盖在所述模型箱箱体的内表面，配置为吸收所述箱体的反射波。

特别的，所述仿真组件包括：激振支撑结构，其贯穿所述管片通道；激振器，设置在所述激振支撑结构上，配置为可沿所述激振支撑结构在所述管片通道内移动。

特别的，所述激振支撑结构包括：钢梁，其固定连接于设置在所述管片通道的两个管口外侧的钢柱之间并贯穿所述管片通道。

特别的，所述仿真组件进一步包括：激振位移装置，连接至所述激振器，配置为控制所述激振器在所述激振支撑结构上移动。

特别的，所述仿真组件进一步包括：模型铁轨，设置在所述管片通道内，所述仿真组件进一步配置为启动后模拟现实环境隧道内沿铁轨移动物体的振动。

特别的，进一步包括：数据分析装置，连接至所述仿真组件和所述测试组件，配置为控制所述仿真组件的开闭和/或振动参数，并储存分析所述试组件获取的所述管片通道及其周围环境的环境参数。

本申请进一步包括一种管片模型振动测试试验方法，应用于前述述的管片模型振动测试试验装置，包括：在模型箱内填入土体层；将仿真组件设置在管片通道内；将多个定位组件设置在管片内壁；将所述多个侦测单元与部分定位组件活动连接；启动所述仿真组件和所述测试组件；获取所述测试组件侦测的环境参数；存储并分析所述环境参数。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例一种管片模型振动测试试验装置部分结构立体示意图；

图2是根据本发明的一个实施例一种管片模型振动测试试验装置部分结构正视图；

图3是根据本发明的一个实施例一种管片模型振动测试试验装置部分结构侧视图；

图4是根据本发明的一个实施例一种管片模型振动测试试验装置部分结构俯视图；

图5是根据本发明的一个实施例一种管片模型振动测试试验装置部分结构透视图；

图6是根据本发明的一个实施例侦测单元结构示意图；

图7是根据本发明的一个实施例管片内定位组件位置示意图；以及

图8是根据本发明的一个实施例一种管片模型振动测试试验方法流程示意图。

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。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

本申请涉及一种管片模型振动测试试验装置，该装置包括：模型箱、仿真组件、测试组件以及定位组件。

模型箱内设有一管片通道水平贯穿所述模型箱，管片通道内壁固定设置有多个管片。在模型箱内以及管片通道外，填充有土体层。在一些实施例中，将土体层设定为均匀软土地层。上述结构，通过模型的方式对现实场景隧道结构进行模拟。

仿真组件的核心部件是激振器，激振器设置在管片通道内，通过激振器对某些特定位置施加一定频率的振动，以模拟现实场景中隧道内物体对隧道的振动影响。在一些实施例中，仿真组件进一步包括信号发生器，通过信号发生器产生控制信号，控制激振器的开闭以及振动参数。在一些实施例中，仿真组件进一步包括激振器的支撑结构。在一些实施例中，振动参数可以是激振器的振动频率、力度大小、振动时长或振动位置等信息。

在一些实施例中，定位单元是一种磁性金属薄片，可以设置在管片通道内壁任意位置。在一些实施例中，可以在每一个需要侦测的点位都预先设置定位单元。

测试组件包括多个侦测单元和数据接收单元。侦测单元用以侦测当前位置的环境参数(包括管片和/或土体)，然后将侦测数据传输至数据接收单元。在一些实施例中，侦测单元包括信息传感器和磁铁，二者固定连接为一个整体。

在测试过程中，可以将侦测单元吸附在任意定位组件上，以侦测当前位置的环境参数。在一些实施例中，测试组件包括多个侦测单元，将所有待侦测点位都设置有定位单元。然后对所有待侦测点位分批次进行检测，每次检测完当前点位后，可以迅速取下侦测单元，然后重新快速布置到下一批待检测点位，进行下一次测试。

本申请所述方案，在满足试验要求的情况下优化了信息传感器与管片模型的连接，使其连接稳固又装卸简捷。该装置结合了模型箱、激振器系统与测试系统，减少整体受外界的干扰，使试验操作便捷。

下面结合具体实施例和附图，对本申请所述装置进行详细阐述。

图1是根据本发明的一个实施例一种管片模型振动测试试验装置部分结构立体示意图，图2是根据本发明的一个实施例一种管片模型振动测试试验装置部分结构正视图，图3是根据本发明的一个实施例一种管片模型振动测试试验装置部分结构侧视图，图4是根据本发明的一个实施例一种管片模型振动测试试验装置部分结构俯视图。

如图1-4所示，本实施例中，管片模型振动测试试验装置的整体支撑结构是一种模型箱。该模型箱包括：模型箱体11、管片12以及底座14。

多个管片12组合形成圆柱形管片通道15，管片通道15在水平方向贯穿模型箱。模型箱体11是一种不锈钢板，垂直设置在底座14上，模型箱体11与底座14组成一顶部开口的土体空间16。土体空间16内填入土体，形成土体层。这样，形成了模拟现实场景隧道和土体结构的管片通道和土体层。

本实施例中，进一步包括吸振泡沫层13，设置在模型箱体11和土体层之间，紧贴模型箱体11内壁。吸振泡沫层13可以吸收模型箱体11处的入射波和反射波，减小反射波对实验数据的影响。

图5是根据本发明的一个实施例一种管片模型振动测试试验装置部分结构透视图，下面结合图1-5详细介绍仿真组件相关结构。

本实施例中，在底座14从模型箱体11处沿水平方向延伸，底座14上设置有两个钢柱24。两个钢柱24分别设置在管片通道15的两个管口外侧。两个钢柱24之间连接有一水平钢梁25，贯穿管片通道15。本实施例中，钢梁25包括滑轨结构，钢梁25上设置激振器21，激振器21可沿所述钢梁25的滑轨在管片通道15内移动，并可以固定在某一特定位置。

在一些实施例中，钢梁25和钢柱24构成激振支撑结构。

本实施例中，激振器21倒立设置，对下方管片12施加振动，用以模拟现实场景隧道内，行驶载具对于隧道管片以及对到土体的振动效果。在一些实施例中，激振器21可以对任意方向管片施加振动。

本实施例中，仿真组件进一步包括信号发生器(未示出)和功率放大器(未示出)。信号发生器产生控制信号，控制激振器21的开闭、频率和压力值。信号发生器产生的控制信号，经功率放大器放大后，传输至激振器21。

图6是根据本发明的一个实施例测试组件侦测单元结构示意图，图7是根据本发明的一个实施例管片内定位组件位置示意图。下面结合图7、8详细介绍测试组件和定位相关结构。

测试组件包括多个侦测单元和数据接收单元。如图6所示，侦测单元包括：信号传感器31和磁铁33。在本实施例中，传感器31和磁铁33通过螺栓34固定连接。信号传感器，配置为侦测所述管片通道及其周围环境的环境参数。在一些实施例中，所述信号传感器包括：加速度传感器和/或压力传感器。

数据接收单元包括：信号接收器(未示出)，连接至信号传感器31，配置为接收信号传感器发出的管片通道15及其周围环境的环境参数。在本实施例中，环境参数包括：管片和土体层某位置的加速度和压力值。

本实施例中，定位组件是一种钢制薄片41。如图7所示，钢制薄片41可以是指在管片12内壁的任意位置。

侦测单元的磁铁33可以吸附在任意钢制薄片41上。这样，多个侦测单元可以同时设置在多个不同位置。当前位置侦测完毕后，可以迅速取下侦测单元并设置在其他待侦测点位。

在本实施例中，还包括：数据分析装置(未示出)。其连接至仿真组件和测试组件，配置为控制信号发生器发出特定控制信号，同时储存并分析所述测试组件获取的管片及其周围环境的环境参数。在本实施例中，数据分析装置是一种计算机。

在一些实施例中，管片模型振动测试试验装置中的仿真组件进一步包括：激振位移装置，连接至所述激振器，配置为控制所述激振器在所述激振支撑结构上移动。激振位移装置可以控制激振器在管片通道内移动，并停在任意位置。这样方便使用者远程操作。

在一些实施例中，所述仿真组件进一步包括：模型铁轨，设置在所述管片通道内，所述仿真组件进一步配置为启动后模拟现实环境隧道内沿铁轨移动物体的振动。在一些实施例中，激振器可以进一步包括一分支结构，该分支结构可以同时对模型铁轨的至少两个轨道进行激振。

在一些实施例中，定位组件包括：第一卡扣结构；所述测试组件至少包括：第二卡扣结构；其中，所述测试组件与所述定位组件，通过所述第一卡扣结构和第二卡扣结构卡接。卡接结构同样可以实现可拆卸连接，同时连接后相对稳定。

本发明提供了一种能够稳固连接确保数据精确性的振动测试试验装置，保证设备在不同频率、次数下，振动结果的可靠性和稳定性，同时本申请还提供了一种上述试验装置的实现方法。本申请的有益效果在于，在满足试验要求的情况下优化了加速度传感器与管片模型的连接，使其连接稳固又装卸简捷。该设备结合了模型箱、激振器系统与测试系统，减少整体受外界的干扰，使试验操作便捷。

本申请进一步包括种管片模型振动测试试验方法，图8是根据本发明的一个实施例一种管片模型振动测试试验方法流程示意图，该方法包括：

步骤801：在模型箱内填入土体层。

步骤802：将仿真组件设置在管片通道内；

步骤803：将多个定位组件设置在管片内壁；

步骤804：将所述多个侦测单元与部分定位组件活动连接；

步骤805：启动所述仿真组件和所述测试组件；

步骤806：获取所述测试组件侦测的环境参数；

步骤807：存储并分析所述环境参数。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims

1.一种管片模型振动测试试验装置，包括：

模型箱，包括管片通道，其水平贯穿所述模型箱的内箱空间，经配置为模拟现实环境隧道，其中所述管片通道包括多个管片；

仿真组件，其至少部分设置在所述管片通道内，经配置为启动后模拟现实环境隧道内物体振动；以及

测试组件，其包括：多个设置在所述管片通道内的侦测单元和数据接收单元，经配置为启动后获取所述当前位置管片和/或其周围环境的环境参数；

其中，所述管片上包括一个或多个定位组件，经配置与所述测试组件的侦测单元可拆卸地连接；其中，所述定位组件数量多于所述测试组件。

2.根据权利要求1所述的管片模型振动测试试验装置，所述定位组件包括磁性金属薄片；所述测试组件至少包括磁铁；其中，所述测试组件与所述定位组件通过磁吸连接。

3.根据权利要求1所述的管片模型振动测试试验装置，所述定位组件包括：第一卡扣结构；所述测试组件至少包括：第二卡扣结构；其中，所述测试组件与所述定位组件，通过所述第一卡扣结构和第二卡扣结构卡接。

4.根据权利要求1所述的管片模型振动测试试验装置，所述模型箱的箱体内设置有用于容纳土体的空间，在所述空间中填充土体后包围所述管片通道，经配置为模拟现实环境隧道外土体。

5.根据权利要求1所述的管片模型振动测试试验装置，所述模型箱进一步包括：吸振泡沫层，覆盖在所述模型箱箱体的内表面，配置为吸收所述箱体的反射波。

6.根据权利要求1所述的管片模型振动测试试验装置，所述仿真组件包括：激振支撑结构，其贯穿所述管片通道；激振器，设置在所述激振支撑结构上，配置为可沿所述激振支撑结构在所述管片通道内移动。

7.根据权利要求6所述的管片模型振动测试试验装置，所述激振支撑结构包括：钢梁，其固定连接于设置在所述管片通道的两个管口外侧的钢柱之间并贯穿所述管片通道。

8.根据权利要求6所述的管片模型振动测试试验装置，所述仿真组件进一步包括：激振位移装置，连接至所述激振器，配置为控制所述激振器在所述激振支撑结构上移动。

9.根据权利要求1所述的管片模型振动测试试验装置，所述仿真组件进一步包括：模型铁轨，设置在所述管片通道内，所述仿真组件进一步配置为启动后模拟现实环境隧道内沿铁轨移动物体的振动。

10.根据权利要求1所述的管片模型振动测试试验装置，进一步包括：数据分析装置，连接至所述仿真组件和所述测试组件，配置为控制所述仿真组件的开闭和/或振动参数，并储存分析所述试组件获取的所述管片通道及其周围环境的环境参数。

11.一种管片模型振动测试试验方法，应用于如权利要求1-10任一所述的管片模型振动测试试验装置，包括：

在模型箱内填入土体层；

将仿真组件设置在管片通道内；

将多个定位组件设置在管片内壁；

将所述多个侦测单元与部分定位组件活动连接；

启动所述仿真组件和所述测试组件；

获取所述测试组件侦测的环境参数；

存储并分析所述环境参数。