CN205280488U - 钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置，属于地下工程支护材料试验领域，其结构包括一对加载滑道，加载滑道上设有滑块，加载压头通过滑块为套管节点试件加压，滑块沿加载滑道移动以实现加载偏心距的调整；在加载滑道上安装有位移传感器以检测套管节点试件的转角变化。使用时，将滑块移动到设定位置，将套管节点试件安装在上下加载滑道之间，通过加载压头加载，直至试验结束，试验过程中实时采集位移传感器的数据，通过所述数据计算转角变化。本实用新型不仅可以实现对钢管混凝土套管节点的大偏心加载，实现了偏心距连续可调的功能；同时还实现了对试验构件进行准确的转角量测的目的。

Description

钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置

技术领域

本实用新型涉及地下工程支护材料试验领域，具体地说是一种钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置。

背景技术

随着我国经济社会的发展，地下矿井、隧道、地铁、水电硐室等修建越来越多，更多的工程处于恶劣地质条件，随之面临的支护问题也越来越突出。在常规锚网喷支护及工字钢、U型钢支护无法满足要求的前提下，钢管混凝土拱架在工程中的应用越来越广泛，尤其是当工程埋深、断面较大，或是处于某些软弱地层之中时，钢管混凝土拱架的优越性体现得愈实用新型显。

在钢管混凝土拱架的设计施工中，拱架套管节点的力学特性直接影响拱架的承载力，并最终决定支护效果。然而，由于现有的偏心试验装置无法实现进行大偏心加载，且偏心率仅能实现呈梯度变化而不是连续变化，同时试验装置缺少转角监测系统；而钢管混凝土套管节点的转角将会很大，且需要大偏心荷载，所以目前的试验系统完全无法开展相应试验，以至于目前缺乏此方面的试验研究，不能通过试验准确获取钢管混凝土拱架套管节点的偏压力学特性，导致钢管混凝土套管节点偏压力学性能无法进行研究，支护设计、施工缺乏依据。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置，该装置能够实现加载的偏心率连续变化，同时可测得试件的转角变化，进而为钢管混凝土拱架的设计提供参考依据。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案为：钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置，包括用于安装套管节点试件的一对加载滑道，所述加载滑道上下布置且相互平行，加载滑道上设有滑块，所述滑块与加载压头相配合，加载压头通过滑块为套管节点试件加压，滑块沿加载滑道移动以实现加载偏心距的调整；在加载滑道上安装有位移传感器以检测套管节点试件的转角变化。

进一步的技术方案为：所述加载滑道上沿其轴线方向设有贯通的T型槽，所述滑块通过T型螺栓安装在加载滑道上。T型槽与T型螺栓配合的时候会对T型螺栓的头部形成限位，因此，只需拧紧螺母即可将滑块的位置固定，T型螺栓的头部无需使用扳手操作，而如果采用常规螺栓，则会因下端无法被扳手操控而导致连轴转，无法拧紧。

进一步的技术方案为：所述滑块与加载压头相配合的面上设有V型槽，加载压头伸入V型槽内。加载压头的形状为刀形，在滑块上设置V型槽与加载压头的形状相配合，使两者的配合更加稳固。

为了给套管节点试件发生较大变形时留出变形空间，进一步的技术方案为：所述加载压头与V形槽的一侧紧密贴合，另一侧存在空隙。

进一步的技术方案为：所述的位移传感器为拉线式位移计，在其中一个加载滑道的两端分别安装拉线式位移计。拉线式位移计设有拉线端头，将拉线端头固定到其相对的加载滑道的端部，试验时，实时采集两拉线式位移计的数据，从而可通过数学运算，得到套管节点试件两端截面的相对转角。

进一步的技术方案为：与上方的滑块相配合的加载压头与液压油缸相连接，与下方的滑块相配合的加载压头安装在试验台底座上。加载用的液压油缸还可以为气缸或者电缸等其他加载装置。

所述的套管节点试件两端设有端板，端板上设有固定螺栓孔，用于将套管节点试件固定在加载滑道上；此外，套管节点试件的两端均焊接有加劲肋，用于防止应力集中导致试件撕裂。在加载压头上设有用于安装压头的压头螺栓孔，在滑块上设有用于安装滑块的滑块螺栓孔。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的试验装置，滑块可沿加载滑道连续滑动，实现加载偏心距的连续变化，同时还可实现大偏心加载。

2、本实用新型的试验装置，在加载滑道上设有位移传感器，可以测量出两个加载滑道的夹角，从而得出套管节点试件的转角变化。

3、本实用新型的试验装置，能够准确获取钢管混凝土拱架套管节点的偏压力学特性，从而便于人们对相关领域展开研究，为钢管混凝土套管节点的设计提供依据。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为图1的A-A视图。

图中：1-上加载滑道，2-上滑块，3-上加载压头，4-压头螺栓孔，5-滑块螺栓孔，6-固定螺栓孔，7-端板，8-加劲肋，9-套管节点试件，10-T型螺栓，11-T型槽，12-拉线式位移计，13-拉线端头，14-液压油缸，15-试验台底座，16-下加载滑道，17-下滑块，18-下加载压头。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步的描述：

如图1、图2所示，钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置，包括用于安装套管节点试件9的一对加载滑道，加载滑道上设有滑块，所述加载滑道包括上加载滑道1和下加载滑道16，上加载滑道1和下加载滑道16相互平行，上加载滑道1上设有上滑块2，下加载滑道16上设有下滑块17，上滑块2与上加载压头3相配合，下滑块17与下加载压头18相配合，上加载压头3与液压油缸14相连接，下加载压头18安装在试验台底座15上。

上下加载压头通过上下滑块为套管节点试件加压，上下滑块沿上下加载滑道移动以实现加载偏心距的调整；在下加载滑道16的两端分别安装拉线式位移计12，拉线式位移计12设有拉线端头13，将拉线端头13分别相对应的固定到上加载滑道1的端部，试验时，实时采集两拉线式位移计13的数据，从而可通过数学运算，得到套管节点试件9两端截面的相对转角。

上下滑块与上下加载压头相配合的面上分别设有V型槽，加载压头的形状为刀形，在滑块上设置V型槽与加载压头的形状相配合，使两者的配合更加稳固。为了给套管节点试件9发生较大变形时留出变形空间，加载压头与V形槽的一侧紧密贴合，另一侧存在空隙。

加载滑道上沿其轴线方向设有贯通的T型槽11，所述滑块通过T型螺栓10安装在加载滑道上。T型槽11与T型螺栓10配合的时候会对T型螺栓10的头部形成限位，因此，只需拧紧螺母即可将滑块的位置固定，T型螺栓10的头部无需使用扳手操作，而如果采用常规螺栓，则会因下端无法被扳手操控而导致连轴转，无法拧紧。

在套管节点试件9的两端设有端板7，端板7上设有固定螺栓孔6，用于将套管节点试件9固定在加载滑道上；此外，套管节点试件9的两端均焊接有加劲肋8，用于防止应力集中导致试件撕裂。在加载压头上设有用于安装压头的压头螺栓孔4，在滑块上设有用于安装滑块的滑块螺栓孔5。

本实施例的钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤(1)：采用高强螺栓通过压头螺栓孔4将上加载压头3固定在液压油缸14端头上；采用高强螺栓通过压头螺栓孔4将下加载压头18固定试验台底座15上；

步骤(2)：根据设计的偏心距，将上滑块2沿上加载滑道1移动到设定位置，将下滑块17沿下加载滑道16移动到设定位置，利用高强螺栓通过滑块螺栓孔5将上滑块2和下滑块17分别固定在相应的加载滑道上；

步骤(3)：采用高强螺栓通过固定螺栓孔6将套管节点试件9与上下加载滑道相连，将套管节点试件9安装在上下加载滑道之间；

步骤(4)：将连接好的套管节点试件9、上下加载滑道、上下滑块及上加载压头3和液压油缸14放置在下加载压头18上，使下滑块17的V型槽与下加载压头18的刀头贴合；

步骤(5)：调整液压油缸14的端头的高度，使上滑块2的V形槽与上加载压头3的刀头贴合；

步骤(6)：将两个拉线式位移计12固定在下加载滑道16的两端，拉线式位移计12的拉线端头13固定到其相对的上加载滑道1的端部；

步骤(7)：用液压油缸14加载，直至试验结束，在此过程中，上加载压头3和下加载压头18保持对齐，加载压头采用单调加压的方式，具体加载的过程为：荷载小于0.9N_max时，加载速率0.02N_max/min，每0.1N_max保压1min；荷载大于0.9N_max时，加载速率0.005N_max/min，每0.05N_max保压1min，其中，N_max为预估极限荷载；

步骤(8)：试验过程中实时采集拉线式位移计12的数据，试验结束后通过所述数据计算套管节点试件的转角变化。套管节点试件9的转角变化的计算公式为：

$\mathrm{\θ}=2\arctan \left(\frac{{\mathrm{\Δh}}_1+{\mathrm{\Δh}}_2}{{2l}_h}\right)$

其中：θ：所求相对转角，即两加载滑道的夹角，也就是套管节点试件的转角变化量；

Δh₁：其中一个(如：左侧)拉线式位移计测得的长度变化量绝对值；

Δh₂：另一个(如：右侧)拉线式位移计测得的长度变化量绝对值；

l_h：两个拉线式位移计之间的横向距离。

本实用新型采用的驱动加载压头的装置不限于实施例所述的液压油缸，还可以采用气缸或者电缸等其他装置对加载压头进行驱动。

本实用新型采用的位移传感器不限于实施例所述的拉线式位移计，还可采用其他的位移传感器等，测量上加载滑道和下加载滑道的角度变化，从而得到两加载滑道的夹角θ。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不是本实用新型的全部实施例，不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突出本实用新型的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。

Claims (6)

1.钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置，其特征是，包括用于安装套管节点试件的一对加载滑道，所述加载滑道上下布置且相互平行，加载滑道上设有滑块，所述滑块与加载压头相配合，加载压头通过滑块为套管节点试件加压，滑块沿加载滑道移动以实现加载偏心距的调整；在加载滑道上安装有位移传感器以检测套管节点试件的转角变化。

2.根据权利要求1所述的钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置，其特征是，所述加载滑道上沿其轴线方向设有贯通的T型槽，所述滑块通过T型螺栓安装在加载滑道上。

3.根据权利要求1所述的钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置，其特征是，所述滑块与加载压头相配合的面上设有V型槽，加载压头伸入V型槽内。

4.根据权利要求3所述的钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置，其特征是，所述加载压头与V形槽的一侧紧密贴合，另一侧存在空隙。

5.根据权利要求1所述的钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置，其特征是，所述的位移传感器为拉线式位移计，在其中一个加载滑道的两端分别安装拉线式位移计。

6.根据权利要求1所述的钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置，其特征是，与上方的滑块相配合的加载压头与液压油缸相连接，与下方的滑块相配合的加载压头安装在试验台底座上。