CN212340590U - 一种模拟隧道列车振动荷载的装置 - Google Patents

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许文军
李新志
邓昌林
李文江
肖长柏
吴恩辉
焦云芝
乔红
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Abstract

本实用新型公开了一种模拟隧道列车振动荷载的装置。包括作动器平台系统、荷载传递装置系统、隧道模型试验平台系统;该隧道试验系统利用作动器平台系统模拟列车振动作用,通过荷载传递装置系统把荷载传递到隧道模型试验平台系统的隧道轨道组件上,用以模拟列车振动对隧道底部结构及围岩的荷载作用。本实用新型可模拟隧道内由于列车振动作用下引起的多种围岩或结构动力响应的工况,可为隧道工程设计和施工提供可靠的理论依据。本实用新型提供的试验装置易于组装,可操作性强。

Description

一种模拟隧道列车振动荷载的装置
技术领域
本实用新型属于岩土体测试技术领域,具体涉及重载列车振动隧道围岩和结构响应的一种模拟隧道列车振动荷载的装置。
背景技术
铁路隧道稳定性是隧道施工中主要问题,主要考虑施工过程中由于岩体内应力重分布引起的对隧道围岩的影响,只限于施工阶段,但是并未考虑后期运营期间由于列车振动荷载因素的作用。
但列车振动荷载不同于地震或爆破等振动荷载,其具有周期时间效应,循环性强,并可长期作用,所以对隧道围岩和结构的稳定性有重要影响,特别是对存在衬砌背后空洞、缺陷或岩溶发育地区隧道期间为揭露的隐伏溶洞,有更明显的作用,有必要研究列车振动荷载对隧道稳定性的影响。
目前研究列车振动荷载对隧道稳定性的研究手段主要是理论分析和数值模拟,采用地质力学模型试验的研究,由于模拟列车振动荷载的限制,目前采用较少。由于地质力学模型试验环境可控,测试方法成熟,试验设备易于控制,室内地质力学模型试验是常用的隧道稳定性研究手段,但只限于静力荷载,并未考虑列车振动荷载作用。
实用新型内容
本实用新型通过列车振动荷载传递装置系统,模拟列车振动荷载在隧道工程内的作用,测试精确度高,装置易操作。
本实用新型的技术方案是:
一种模拟隧道列车振动荷载的装置,包括作动器平台系统、荷载传递装置系统、隧道模型试验平台系统;该隧道试验系统利用作动器平台系统模拟列车振动作用,通过荷载传递装置系统把荷载传递到隧道模型试验平台系统的隧道轨道组件上,用以模拟列车振动对隧道衬砌结构及围岩的动力作用。
进一步的,所述作动器平台系统包括作动器平台、作动器固定装置、作动器、液压系统,所述作动器固定装置固定设置在所述作动器平台上,所述作动器可上下活动调节的安装在所述作动器固定装置上;所述液压系统布置在所述作动器固定装置上。
进一步的,所述作动器固定装置包括固定横梁和两侧固定立柱,所述固定横梁与所述固定立柱由固定连接;所述固定立柱上设置有若干排螺栓孔,所述螺栓孔用以固定所述作动器。
进一步的,所述隧道模型试验平台系统包括隧道模型试验箱,所述隧道模型试验箱内设置有隧道二衬结构,所述隧道二衬结构内设置隧道底板,该隧道底板上布置有轨道组件,所述隧道模型试验箱内与所述隧道二衬结构之间经由夯填形成隧道地层填筑体。
进一步的,所述隧道模型试验箱通过垫块设置在作动器平台上部。
进一步的,所述荷载传递装置系统包括环框构件,所述环框构件的一端与上部的作动器相连接,所述环框构件的另一端与下部的轨道组件相连接。
进一步的,所述隧道地层填筑体中设置有应力、应变、位移测试元件用于测量隧道围岩和结构的力学特性。
进一步的,在所述轨道组件和隧道底板结构上安装加速度传感器,用以监测轨道组件和隧道底板的动力响应。
进一步的,所述环框构件与作动器采用高强度螺栓连接,所述环框构件直接置于轨道组件之上采用刚性连接。
进一步的,所述环框构件采用高强度的方钢制作而成;所述隧道模型试验箱采用钢板焊接而成;所述隧道二衬结构采用石膏制作的预制件;所述轨道组件采用缩尺钢轨。
由于采用了上述技术方案,本实用新型取得的技术效果有:
本实用新型的测试方法主要是在试验装置不仅易于加工组装、方便易行,还能够进行多种工况的试验,试验系统综合利用率高,测试准确度高,经济效益好。本实用新型的试验能够对重载铁路在后期运营期间列车振动作用下对隧道围岩和结构的影响进行全面分析,能够全面了解运营期间情况,以便提前采取合理的技术措施,能够为施工提供科学的依据。
附图说明
图1是本实用新型试验系统的正面示意图;
图2是本实用新型试验系统的侧面示意图。
图中:
1、固定立柱,
2、液压系统,
3、固定横梁,
4、传力杆,
5、作动器,
6、环框式钢构件,
7、隧道模型试验箱,
8、隧道二衬结构,
9、轨道构件,
10、垫块,
11、作动器平台。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,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,都属于本实用新型保护的范围。
下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明:
一种模拟重载铁路列车振动的隧道试验系统,包括作动器平台系统、荷载传递装置系统、隧道模型试验平台系统;该隧道试验系统利用作动器平台系统模拟列车振动作用,通过荷载传递装置系统把荷载传递到隧道模型试验平台系统的隧道轨道组件上,用以模拟列车振动对隧道衬砌结构及围岩的动力作用;
所述作动器平台系统包括作动器平台11、作动器固定装置、作动器5、液压系统2,所述作动器固定装置固定设置在所述作动器平台11上,所述作动器5可上下活动调节的安装在所述作动器固定装置上;所述液压系统2布置在所述作动器固定装置上;
所述隧道模型试验平台系统包括隧道模型试验箱7,所述隧道模型试验箱7内设置有隧道二衬结构8,所述隧道二衬结构8内设置隧道底板,该隧道底板上布置有轨道组件9,所述隧道模型试验箱内与所述隧道二衬结构8之间经由夯填形成隧道地层填筑体;
所述隧道模型试验箱7通过垫块10设置在作动器平台11上部;
所述荷载传递装置系统包括环框构件6,所述环框构件6的一端与上部的作动器5相连接,所述环框构件6的另一端与下部的轨道组件9相连接。
进一步的,所述作动器固定装置包括固定横梁3和两侧固定立柱1,所述固定横梁3与所述固定立柱1由固定连接;所述固定立柱1上设置有若干排螺栓孔,所述螺栓孔用以固定所述作动器5。
进一步的,所述隧道地层填筑体中设置有应力、应变、位移测试元件用于测量隧道围岩和结构的力学特性。
进一步的,在所述轨道组件9和隧道底板结构上安装加速度传感器,用以监测轨道组件9和隧道底板的动力响应。
进一步的,所述环框构件6与作动器5采用高强度螺栓连接,所述环框构件6直接置于轨道组件9之上采用刚性连接。
进一步的,所述环框构件6采用高强度的方钢制作而成;所述隧道模型试验箱7采用钢板焊接而成;所述隧道二衬结构8采用石膏制作的预制件;所述轨道组件9采用缩尺钢轨。
所述测试方法不同于离心机模型试验,其荷载来源于作动器的竖直振动,并通过荷载传递装置系统作用到隧道轨道组件9之上,其振动作用模式与列车振动相似,精确度高,振动参数易于调整,适用于研究重载铁路列车振动隧道内各类型试验。
重载列车振动荷载由作动器提供,作动器系统包括液压系统、作动器、试件平台、作动器固定装置,作动器固定装置包括固定横梁3和两侧固定立柱1,横梁与立柱由螺栓连接,立柱上布置高低不同的多排螺栓孔,作动器可上下调节。
荷载传递装置系统由多个钢构件和螺栓组成,钢构件可为方钢,具有足够的刚度,钢构件可以加工成多种尺寸,长度和横截面都可调整,钢构件之间通过多个预留螺栓孔进行螺栓连接,保证连接刚度和整体稳定性。
环框构件6与隧道内轨道组件9采用螺栓连接,采用双排多孔进行连接。
隧道模型试验箱7置于作动器平台11之上,在此之前隧道试验系统已经制作完成,包括隧道的开挖和结构施作等制作,试验所需要监测应力应变位移等传感器预先至于模型试验体重。
环框构件6和轨道组件9连接完毕后,在轨道组件9和隧道底板结构上安装加速度传感器,监测轨道组件9和底板的动力响应,启动作动器进行试验。
一种模拟重载铁路列车振动的隧道试验系统的试验方法,试验步骤包括:
1)、根据隧道模型试验箱7和环框构件6的大小,调整作动器5的位置;
2)、隧道模型试验箱7置于作动器平台11之上,隧道地层分层填筑,隧道二衬结构预制件置于其中,同时安装和预埋测试元件;
3)、安装连接环框构件6,各部件连接并固定;上部连接作动器5并固定,下部置于轨道组件9之上;
4)、各装置组装完毕后,连接作动器5调试重载列车振动频谱参数,调节完成后进行列车振动用下的隧道试验;
5)、对试验数据进行处理分析。
进一步的,作动器5的固定立柱1与作动器5的固定横梁3采用螺栓连接,作动器5的固定立柱1竖向布有多排螺栓孔,根据隧道模型试验箱7和环框构件6的大小,通过作动器5的固定横梁3调整作动器5的位置。
进一步的,环框构件6和轨道组件9连接完毕后,在轨道组件9和隧道底板结构上安装加速度传感器,监测轨道组件9和底板的动力响应,启动作动器5进行试验。
进一步的,对试验数据进行分析处理采用以下方法,
1)根据重载列车振动频谱,通过相似比进行换算,确定模型试验所需的振动频谱,通过调试监测隧道试验箱内轨道组件的动力响应参数,确定作动器振动频率;
2)试验过程中,监测轨道组件和底板加速度,并对隧道围岩和二衬结构进行应力应变位移动态监测,获取其应力应变位移在列车动荷载下的响应。
本实用新型的测试方法主要是在试验装置不仅易于加工组装、方便易行,还能够进行多种工况的试验,试验系统综合利用率高,测试准确度高,经济效益好。本实用新型的试验能够对重载铁路在后期运营期间列车振动作用下对隧道围岩和结构的影响进行全面分析,能够全面了解运营期间情况,以便提前采取合理的技术措施,能够为施工提供科学的依据。
所述测试方法,隧道试验系统置于作动器平台上,利用作动器模拟列车振动作用,通过环框式结构传递列车振动荷载到隧道内轨道组件上,模拟重载铁路列车振动荷载下隧道结构及围岩的作用环境,对隧道模型试验平台内的隧道围岩及结构进行动力响应测试,主要包括隧道围岩和衬砌结构的应力应变在列车动荷载作用下的变化,分析列车振动作用下隧道围岩和结构的稳定性,保证铁路隧道运营期间安全。
以上所述,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模拟隧道列车振动荷载的装置,其特征在于,包括作动器平台系统、荷载传递装置系统、隧道模型试验平台系统;该隧道模型试验平台系统利用作动器平台系统模拟列车振动作用,通过荷载传递装置系统把荷载传递到隧道模型试验平台系统的隧道轨道组件上,用以模拟列车振动对隧道衬砌结构及围岩的动力作用;
所述作动器平台系统包括作动器平台(11)、作动器固定装置、作动器(5)、液压系统(2),所述作动器固定装置固定设置在所述作动器平台(11)上,所述作动器(5)可上下活动调节的安装在所述作动器固定装置上;所述液压系统(2)布置在所述作动器固定装置上;
所述隧道模型试验平台系统包括隧道模型试验箱(7),所述隧道模型试验箱(7)内设置有隧道二衬结构(8),所述隧道二衬结构(8)内设置隧道底板,该隧道底板上布置有轨道组件(9),所述隧道模型试验箱内与所述隧道二衬结构(8)之间经由夯填形成隧道地层填筑体;
所述荷载传递装置系统包括环框构件(6),所述环框构件(6)的一端与上部的作动器(5)相连接,所述环框构件(6)的另一端与下部的轨道组件(9)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种模拟隧道列车振动荷载的装置,其特征在于,所述作动器固定装置包括固定横梁(3)和两侧固定立柱(1),所述固定横梁(3)与所述固定立柱(1)由固定连接;所述固定立柱(1)上设置有若干排螺栓孔,所述螺栓孔用以固定所述作动器(5)。
3.根据权利要求1所述的一种模拟隧道列车振动荷载的装置,其特征在于,所述隧道模型试验箱(7)通过垫块(10)设置在作动器平台(11)上部。
4.根据权利要求1所述的一种模拟隧道列车振动荷载的装置,其特征在于,所述隧道地层填筑体中设置有应力、应变、位移测试元件用于测量隧道围岩和结构的力学特性。
5.根据权利要求1所述的一种模拟隧道列车振动荷载的装置,其特征在于,在所述轨道组件(9)和隧道底板结构上安装加速度传感器,用以监测轨道组件(9)和隧道底板的动力响应。
6.根据权利要求1所述的一种模拟隧道列车振动荷载的装置,其特征在于,所述环框构件(6)与作动器(5)采用高强度螺栓连接,所述环框构件(6)直接置于轨道组件(9)之上采用刚性连接。
7.根据权利要求6所述的一种模拟隧道列车振动荷载的装置,其特征在于,所述环框构件(6)采用高强度的方钢制作而成;所述隧道模型试验箱(7)采用钢板焊接而成;所述隧道二衬结构(8)采用石膏制作的预制件;所述轨道组件(9)采用缩尺钢轨。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112945493A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 石家庄铁道大学 隧道衬砌振动响应的模拟试验系统
CN113188429A (zh) * 2021-03-24 2021-07-30 山东大学 一种测量振动荷载下隧底变形的模型试验装置及方法

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