CN115876681A - 一种用于密封垫的安全度评估方法及测试装置 - Google Patents

一种用于密封垫的安全度评估方法及测试装置 Download PDF

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CN115876681A CN202310179035.5A CN202310179035A CN115876681A CN 115876681 A CN115876681 A CN 115876681A CN 202310179035 A CN202310179035 A CN 202310179035A CN 115876681 A CN115876681 A CN 115876681A
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Abstract

本发明提供了一种用于密封垫的安全度评估方法，根据密封垫试验结果的不同，选择不同类型数据构建分布模型，例如失效时间或接触应力，在此基础上利用加速模型处理试验加速条件与数据分布模型的关系，从而通过建立可靠性评估模型进行密封垫正常工作条件下长期防水性能的安全性评估。本发明还提供了一种测试装置，通过限位组件模拟密封垫复杂变形条件，通过水压加载组件真实模拟密封垫工作环境水压，通过加热组件进一步加速密封垫长期防水性能演化过程，从而实现力场‑流场‑温度场耦合的试验模拟，克服现有密封垫老化试验装置存在的缺陷。

Description

一种用于密封垫的安全度评估方法及测试装置
技术领域
本发明涉及盾构隧道防水密封垫技术领域，具体涉及一种用于密封垫的安全度评估方法及测试装置。
背景技术
越来越多的既有隧道逐渐进入后期运营阶段，面临着隧道结构老化的问题，特别是隧道管片接缝内的防水密封垫，属于高分子聚合物，在长期压缩变形状态下工作，并受水压作用不可避免发生物理及化学方面变化，导致密封垫防水性能降低，从而影响盾构隧道的正常服役年限。
现有盾构隧道管片密封垫老化试验大多是通过环境温度箱模拟无压力的老化环境，例如恒温水箱模拟水热老化、恒温恒湿箱模拟热氧老化、以及紫外臭氧等极端老化环境，然而盾构隧道密封垫在地下工程应用中均处于压缩变形工作状态，且所面临的往往是单侧受水压作用的工作环境，这样未能考虑盾构隧道密封垫工作状态以及工作环境的试验装置及方法，会给试验结果带来很大偏差，从而给实际工程应用带来很大困难。另外，由于缺乏模拟盾构管片密封垫在变形压缩工作状态下受单侧水压作用的老化试验装置，极大影响盾构管片密封垫长期性能预测评估结果的准确可靠性。
综上所述，急需一种用于密封垫的安全度评估方法及测试装置以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于密封垫的安全度评估方法及测试装置，具体技术方案如下：
一种用于密封垫的安全度评估方法，包括以下步骤：
S1：设置密封垫变形模式、试验水压以及试验温度，采集多组试验数据，所述试验数据包括：时间以及密封垫的接触应力值；
S2：构建数据分布模型，具体是：若试验过程中密封垫被压力水击穿，统计每个试样
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优选的，所述步骤S2中失效时间分布模型的表达式如下：
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本发明还提供了一种测试装置，用于采集密封垫的试验数据，用于如上述安全度评估方法，包括限位板、水箱、接触应力监测组件、水压加载组件以及加热组件；
所述水箱的一面设置有开口，两个所述限位板滑动设置水箱上且位于在开口处，两个限位板之间间隔设置用于夹持密封垫且通过连接螺栓连接；
所述接触应力监测组件用于检测密封垫的接触应力值；
所述水压加载组件包括水压表、水压泵、加压仓以及阀门，所述水压泵的入水口与水箱的出水口连通，两个所述水压表分别设置在水压泵以及水箱出水口上，所述加压仓的入水口与水压泵出水口连通，且其出水口与水箱的入水口连通，所述水压泵的入水口与水箱的出水口之间以及加压仓的出水口与水箱的入水口之间设置有阀门；
所述加热组件设置水箱内，用于加热。
优选的，所述限位板与水箱外壁之间还设置有密封垫片。
优选的，所述接触应力监测组件包括薄膜应力传感器和数据采集仪，所述薄膜应力传感器设置在密封垫中，所述数据采集仪与薄膜应力传感器电连。
优选的，所述加热组件包括防护隔板、加热管以及温度控制器，所述加热管设置在水箱底部，所述防护隔板覆盖设置在加热管上，所述温度控制器与加热管电连。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
（1）本发明通过步骤S1至步骤S5提供了一种用于密封垫的安全度评估方法，根据密封垫试验结果的不同，建立并合理选择数据类型（失效时间/接触应力）进行分布规律综合分析，并基于此通过建立加速模型，进行密封垫正常工作条件下长期防水性能评估。
（2）本发明通过限位板真实模拟密封垫挤压状态，通过连接螺栓控制两个限位板之间的间距，从而改变被夹持在限位板之间密封垫的形变量，从而改变接触应力值。通过水压加载组件真实模拟密封垫工作环境水压，通过加热组件进一步加速密封垫的长期防水性能演化过程，从而实现力场-流场-温度场耦合的试验模拟，克服现有密封垫老化试验装置无法满足高温高水压环境下密封垫试样单侧受水的试验需求问题。
（3）本发明利用密封垫片密封的原理，实现密封垫限位组件在箱体开口部位灵活安装的同时，还具备高可靠的密封性，从而保证密封垫在试验过程中承受稳定的水压作用。
（4）本发明提供的一种用于密封垫的安全度评估方法原理简单，仅需测得试验温度、试验水压、时间以及密封垫的接触应力值即可对密封垫的安全度进行评估，计算方法明确易操作。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例1的整体流程示意图；
图2是本发明优选实施例1中测试装置的结构示意图；
其中，1-限位板，2-水箱，3-薄膜应力传感器，4-数据采集仪，5-水压表，6-水压泵，7-加压仓，8-阀门，9-防护隔板，10-加热管，11-温度控制器，12-密封垫片，13-密封垫。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1：
参见图1，一种用于密封垫的安全度评估方法，包括以下步骤：
S1：根据实际需求选择密封垫变形模式，其中变形模式包括张开、错台以及转角，并设置试验水压以及试验温度，采集多组试验数据，所述试验数据包括：时间以及密封垫13的接触应力值；
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当然，在另一些具体的实施例中，可以用于其他分布形式构建失效时间分布模型，例如指数分布形式：
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S5：通过上述步骤S4计算得到分布模型参数随温度加速条件变化的函数，计算密封垫在正常使用条件下各数据参数的分布值，从而建立可靠性评估模型，对密封垫安全度进行评估；
所述步骤S5中可靠性评估模型包括基于失效时间分布的可靠性评估模型，其表达式如下：
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表示密封垫接触应力阈值，该值是通过本发明公开的测试装置，开展正常工作温度水压试验得到的，参见图1，具体过程如下：
通过限位板设置密封垫变形模式，试验温度设置成正常工作温度（密封垫应用于隧道的工作温度），通过水压加载组件持续施加逐渐递增的试验水压，直至密封垫被压力水击穿，此时通过接触应力监测组件记录不同变形模式下密封垫间的最大接触应力值
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参见图2，一种测试装置，用于上述安全度评估方法中密封垫的试验数据的采集，包括限位板1、水箱2、接触应力监测组件、水压加载组件以及加热组件；
所述水箱2的一面设置有开口，两个所述限位板1滑动设置水箱2上且位于在开口处，两个限位板1之间间隔设置用于夹持密封垫且通过连接螺栓连接；通过连接螺栓控制两个限位板1之间的间距，从而改变被夹持在限位板1之间密封垫的形变量，从而改变接触应力值。
所述接触应力监测组件用于检测密封垫的接触应力值；所述接触应力监测组件包括薄膜应力传感器3和数据采集仪4，所述薄膜应力传感器3设置在密封垫中，所述数据采集仪4与薄膜应力传感器3电连。
所述水压加载组件包括水压表5、水压泵6、加压仓7以及阀门8，所述水压泵6的入水口与水箱2的出水口连通，两个所述水压表5分别设置在水压泵6以及水箱2出水口上，所述加压仓7的入水口与水压泵6出水口连通，且其出水口与水箱2的入水口连通，所述水压泵6的入水口与水箱的出水口之间以及加压仓7的出水口与水箱的入水口之间设置有阀门8，具体的，所述水压泵6的入水口与水箱的出水口之间的阀门8位置高于加压仓7的出水口与水箱的入水口之间的阀门8位置，所述水压泵6用于增加或减小水压。
所述加热组件设置水箱内，用于加热，所述加热组件包括防护隔板9、加热管10以及温度控制器11，所述加热管10设置在水箱底部，所述防护隔板9覆盖设置在加热管10上，用于防止杂物与加热管10接触，所述温度控制器11与加热管10电连，通过温度控制器11与加热管10组合控制水箱内水的温度。
所述限位板1与水箱外壁之间还设置有密封垫片12（材质为橡胶），所述限位板、密封垫片12以及水箱之间通过连接螺栓固定，通过密封垫片12能够有效的填充在限位板与水箱外壁之间，发挥阻水作用，保证试验装置具备较好的水密性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于密封垫的安全度评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设置密封垫变形模式、试验水压以及试验温度，采集多组试验数据，所述试验数据包括：时间以及密封垫（13）的接触应力值；
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2.根据权利要求1所述的安全度评估方法，其特征在于，所述步骤S2中失效时间分布模型的表达式如下：
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3.根据权利要求2所述的安全度评估方法，其特征在于，所述步骤S3中失效时间分布模型参数估计值
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其中，
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表示失效时间分布模型第一参数关于温度/>
Figure QLYQS_51
的关系式，/>
Figure QLYQS_52
表示失效时间分布模型第二参数关于温度/>
Figure QLYQS_53
的关系式，/>
Figure QLYQS_54
表示失效时间第一参数，/>
Figure QLYQS_55
表示失效时间第二参数，/>
Figure QLYQS_56
表示失效时间第三参数，/>
Figure QLYQS_49
表示失效时间第四参数；
基于接触应力分布的加速模型表达式为：
Figure QLYQS_57
；
Figure QLYQS_58
；
其中，
Figure QLYQS_60
表示接触应力分布模型第一参数关于温度/>
Figure QLYQS_61
和时间/>
Figure QLYQS_62
的关系式，/>
Figure QLYQS_63
表示接触应力分布模型第二参数关于温度/>
Figure QLYQS_64
和时间/>
Figure QLYQS_65
的关系式，/>
Figure QLYQS_66
表示接触应力第一参数，/>
Figure QLYQS_59
表示接触应力第二参数，/>
Figure QLYQS_67
表示接触应力第三参数，/>
Figure QLYQS_68
表示接触应力第四参数。
5.根据权利要求4所述的安全度评估方法，其特征在于，所述可靠性评估模型包括基于失效时间分布的可靠性评估模型，其表达式如下：
Figure QLYQS_69
；
以及基于接触应力分布的可靠性评估模型，其表达式如下：
Figure QLYQS_70
；
其中，
Figure QLYQS_72
表示基于失效时间分布的可靠性评估模型，/>
Figure QLYQS_73
表示基于接触应力分布的可靠性评估模型，/>
Figure QLYQS_74
表示失效时间分布模型第一参数在正常使用条件下的计算值，/>
Figure QLYQS_77
表示失效时间分布模型第二参数在正常使用条件下的计算值，/>
Figure QLYQS_78
表示正常使用条件下工作时间，/>
Figure QLYQS_80
表示自然常数，/>
Figure QLYQS_81
表示自然对数，/>
Figure QLYQS_71
表示圆周率，/>
Figure QLYQS_75
表示正常使用条件下密封垫接触应力阈值，/>
Figure QLYQS_76
表示接触应力分布模型第一参数在正常使用条件下的计算值，
Figure QLYQS_79
表示接触应力分布模型第二参数在正常使用条件下的计算值。
6.根据权利要求5所述的安全度评估方法，其特征在于，所述密封垫接触应力阈值
Figure QLYQS_82
的获取过程如下：设置密封垫变形模式，设置正常工作温度，设置逐渐递增的试验水压，直至密封垫被压力水击穿，记录不同变形模式下密封垫间的最大接触应力值/>
Figure QLYQS_83
，根据步骤S1所设置的变形模式选择对应的最大接触应力值/>
Figure QLYQS_84
作为密封垫接触应力阈值/>
Figure QLYQS_85
。
7.一种测试装置，用于采集密封垫的试验数据，其特征在于，用于如权利要求1-6任意一项所述的安全度评估方法，包括限位板（1）、水箱（2）、接触应力监测组件、水压加载组件以及加热组件；
所述水箱（2）的一面设置有开口，两个所述限位板（1）滑动设置水箱（2）上且位于在开口处，两个限位板（1）之间间隔设置用于夹持密封垫且通过连接螺栓连接；
所述接触应力监测组件用于检测密封垫的接触应力值；
所述水压加载组件包括水压表（5）、水压泵（6）、加压仓（7）以及阀门（8），所述水压泵（6）的入水口与水箱（2）的出水口连通，两个所述水压表（5）分别设置在水压泵（6）以及水箱（2）出水口上，所述加压仓（7）的入水口与水压泵（6）出水口连通，且其出水口与水箱（2）的入水口连通，所述水压泵（6）的入水口与水箱（2）的出水口之间以及加压仓（7）的出水口与水箱的入水口之间设置有阀门（8）；
所述加热组件设置水箱内，用于加热。
8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述限位板（1）与水箱外壁之间还设置有密封垫片（12）。
9.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述接触应力监测组件包括薄膜应力传感器（3）和数据采集仪（4），所述薄膜应力传感器（3）设置在密封垫中，所述数据采集仪（4）与薄膜应力传感器（3）电连。
10.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述加热组件包括防护隔板（9）、加热管（10）以及温度控制器（11），所述加热管（10）设置在水箱底部，所述防护隔板（9）覆盖设置在加热管（10）上，所述温度控制器（11）与加热管（10）电连。
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