CN205562159U - 一种盾构管片力学性能试验机 - Google Patents

Abstract

一种盾构管片力学性能试验机，包括有加载框架、液压动力系统和加载控制系统；加载框架设置在盾构管片的外侧；液压动力系统上的液压油缸作用在盾构管片上，为盾构管片提供载荷；加载控制系统与液压动力系统连接，控制盾构管片的载荷施加情况。本实用新型可模拟盾构管片的实际载荷情况，为盾构管片的理论研究提供技术平台，适用于不同材料型号及尺寸规格的盾构管片的力学性能试验。

Description

一种盾构管片力学性能试验机

技术领域

本实用新型涉及建筑技术领域，尤其涉及一种盾构管片力学性能试验机。

背景技术

目前，在我国地铁区间隧道建设中，广泛采用盾构法施工技术，盾构管片在地铁隧道施工中得到广泛应用。盾构管片的工程造价约占地铁隧道土建施工总造价的30%～45%。盾构管片不仅是隧道的关键结构，也是影响隧道工程造价的一个重要因素。

如果盾构管片设计过于保守，会造成不必要的浪费，增加工程的造价；如果盾构管片设计值偏小，则使工程存在安全隐患。因此，必须对盾构管片的力学性能进行相应的试验，模拟实际载荷情况，试验其各项设计指标的符合性。

目前，国内盾构管片的试验方式主要是模型试验、局部试验和简化试验。由于模型结构的粗略化及模型材料的离散型，局部试验的尺寸效应和诸多忽略因素等，均难以真实实现对管片结构的细部特征及结构承载力、失稳、破坏特征等力学特性的模拟。

在国外，关于衬砌的试验做过较多。尤其在日本，盾构技术发展迅速和技术水平均处国际前列。在2003年，日本进行了双圆矩形盾构衬砌1:1原型试验研究，提出了一种新的盾构隧道断面形式，该衬砌为双孔矩形，其衬砌外层为铜结构，内部灌注混凝土，形成一种组合结构的衬砌。

在国内，1999年上海隧道工程股份有限公司施工技术研究所对双圆衬砌先后进行了三次通缝拼装和三次错缝拼装的模型试验（按1：3的模型），试验加载采用六点集中加载的加载方案。由于是1：3的模型试验，试验的结果与实际衬砌结构在实际受力情况下的结果之间存在差异。

2008年西南交通大学地下工程系，对南京长江隧道大断面水下盾构隧道衬砌管片进行了原型结构加载试验。针对大断面水下盾构隧道衬砌结构特点，提出管片结构（包括接缝结构及整环衬砌结构）的原型试验加载方法，并自主研发多功能盾构隧道结构加载试验系统，该系统可根据不同需求进行组装和拆卸，既可进行管片接头力学试验，又可成功将水压与土压分离，进行管片衬砌结构的加载试验。

上述试验设备均具有实际工程项目背景，即，针对解决工程项目中产生的实际问题而建设的，所以大多数试验设备在试验结束后均已拆除；试验设备采用1:1的模式搭建的试验机很少。这对盾构管片结构形式、管片计算方法、管片结构承载模式、管片配筋形式和连接方式等方面的研究是不利的。

盾构管片力学性能试验机的搭建，有以下好处：

（1）弥补国内盾构管片大型试验设备的空白，丰富理论研究的手段，验证理论研究成果；

（2）形成盾构隧道管片1:1原型试验的能力，提供通过1:1试验修正盾构管片设计理论和优化设计方法的手段；

（3）可以使企业具备承担盾构管片连接方式优化、盾构管片配筋形式优化、盾构管片新材料研发（钢纤维混凝土管片）、盾构管片几何尺寸优化的能力；

（4）提升企业在地铁盾构隧道项目方面的竞争力。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述技术问题，提供了一种盾构管片力学性能试验机，可适用于不同材料型号及尺寸规格的盾构管片的力学性能试验；可模拟盾构管片的实际载荷情况，为盾构管片的理论研究提供技术平台。

本实用新型的技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种盾构管片力学性能试验机，包括加载框架，液压动力系统，加载控制系统。

加载框架设置在盾构管片的外侧；液压动力系统上的液压油缸作用在盾构管片上，为盾构管片提供载荷；加载控制系统与液压动力系统连接，控制盾构管片的载荷施加情况。

进一步地，所述加载框架包括径向反力钢桁架，轴向调质钢反力架，垫梁及加载梁；垫梁及加载梁设置在盾构管片外侧，液压油缸作用在垫梁及加载梁上。

进一步地，所述径向反力钢桁架的平面形状为正十二边形，其环向采用平面桁架结构，竖向通过角点立柱连接，环向和竖向通过高强度螺栓拼接。

进一步地，所述的液压动力系统包括十二组液压站及液压油缸，每组液压站与三个液压油缸连接；液压油缸的最大推力为2000KN。

进一步地，所述的加载控制系统包括载荷传感器、位移传感器、信号线、控制台，其中，载荷传感器设置在液压油缸的端部，位移传感器设置在液压油缸的内部。

本实用新型有益效果：

本实用新型提供的一种盾构管片力学性能试验机，可适用于不同材料型号及尺寸规格的盾构管片的力学性能试验；可模拟盾构管片的实际载荷情况，为盾构管片的理论研究提供技术平台。

附图说明

图1是一种盾构管片力学性能试验机结构示意图；

图2是加载框架之径向反力钢桁架俯视图；

图3是径向平衡式加载示意图；

图4是径向不平衡加载示意图；

图5是盾构管片三环试验竖向加载点示意图；

图6是盾构管片二环试验竖向加载点示意图；

图7是盾构管片单环试验竖向加载点示意图。

其中：

1.加载框架；2.液压动力系统；3.加载控制系统；4.盾构管片；5.液压油缸。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明：

图1为盾构管片力学性能试验机的结构示意图，其包括加载框架1，液压动力系统2，加载控制系统3。

加载框架1设置在盾构管片4的外侧；液压动力系统2上的液压油缸5作用在盾构管片4上，为盾构管片4提供载荷；加载控制系统3与液压动力系统2连接，控制盾构管片4的载荷施加情况。

加载框架1包括径向反力钢桁架，轴向调质钢反力架，垫梁及加载梁；垫梁及加载梁设置在盾构管片4外侧，液压油缸5作用在垫梁及加载梁上。

图2是加载框架之径向反力钢桁架俯视图，其平面形状为正十二边形，其环向采用平面桁架结构，竖向通过角点立柱连接，环向和竖向通过高强度螺栓拼接。

所述的液压动力系统2包括十二组液压站及液压油缸5，每组液压站与三个液压油缸5连接；液压油缸5的最大推力为2000KN。

所述的加载控制系统3包括载荷传感器、位移传感器、信号线、控制台，其中，载荷传感器设置在液压油缸5的端部，位移传感器设置在液压油缸5的内部。

一种盾构管片力学性能试验机的试验方法，包括以下步骤：

S1，核实盾构管片4的材料类型及几何尺寸，确定试验场地及试验类型；

具体地，本试验机可用于多种几何尺寸的盾构管片的试验，其具体明细，如表1所示。

表1 盾构管片几何尺寸明细

本试验机可进行盾构管片的三环试验、二环试验机单环试验。

S2，根据盾构管片4的试验参数，搭建加载框架1；

具体地，根据盾构管片的几何尺寸及试验类型，搭建加载框架1，图1所示的一种盾构管片力学性能试验机为盾构管片三环试验示意图。

S3，在加载框架1的外部布置液压动力系统2，在盾构管片4的周向设置十二个加载点，并安装、调试加载控制系统3；

S4，通过加载控制系统3给盾构管片4加载；

在此步骤中，盾构管片4的加载方式包括径向平衡式加载、径向不平衡式加载，其为等比例逐级加载。

图3是径向平衡式加载示意图，其最大径向加载力为2000KN×12组×3；图4是径向不平衡加载示意图，其最大加载力为2000KN，最小加载力为500KN。

图5是盾构管片三环试验竖向加载点示意图，图6是盾构管片二环试验竖向加载点示意图，图7是盾构管片单环试验竖向加载点示意图。实际加载时，根据图5-7所示的加载点在竖向的比例关系，计算在盾构管片上的加载点，进行相应的载荷施加。

加载在盾构管片上的径向加载力和轴向加载力必须等比例逐级加载，每次加荷10KN，加荷完成后，静停1min记录相关数据，直至加载至预定荷载。

S5，试验人员通过加载控制系统3上的控制台采集、分析试验数据。

本实用新型提供的一种盾构管片力学性能试验机，可适用于不同材料型号及尺寸规格的盾构管片的力学性能试验；可模拟盾构管片的实际载荷情况，为盾构管片的理论研究提供技术平台。

本实用新型不局限于上述实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种盾构管片力学性能试验机，其特征在于，包括加载框架（1），液压动力系统（2），加载控制系统（3）；加载框架（1）设置在盾构管片（4）的外侧；液压动力系统（2）上的液压油缸（5）作用在盾构管片（4）上，为盾构管片（4）提供载荷；加载控制系统（3）与液压动力系统（2）连接，控制盾构管片（4）的载荷施加情况。

2.根据权利要求1所述的一种盾构管片力学性能试验机，其特征在于，所述加载框架（1）包括径向反力钢桁架，轴向调质钢反力架，垫梁及加载梁；垫梁及加载梁设置在盾构管片（4）外侧，液压油缸（5）作用在垫梁及加载梁上。

3.根据权利要求2所述的一种盾构管片力学性能试验机，其特征在于，所述径向反力钢桁架的平面形状为正十二边形，其环向采用平面桁架结构，竖向通过角点立柱连接，环向和竖向通过高强度螺栓拼接。

4.根据权利要求1所述的一种盾构管片力学性能试验机，其特征在于，所述的液压动力系统（2）包括十二组液压站及液压油缸（5），每组液压站与三个液压油缸（5）连接；液压油缸（5）的最大推力为2000KN。

5.根据权利要求1所述的一种盾构管片力学性能试验机，其特征在于，所述的加载控制系统（3）包括载荷传感器、位移传感器、信号线、控制台，其中，载荷传感器设置在液压油缸（5）的端部，位移传感器设置在液压油缸（5）的内部。