CN108755788A - 一种拉拔试验加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拉拔试验加载装置，其包括垫块、传感器、拉拔器、位移计、支架和小钢管，所述小钢管的前端***钢管混凝土中，所述垫块穿过小钢管与钢管混凝土接触，所述垫块固定在所述钢管混凝土的外边缘，所述传感器通过小钢管固定在所述垫块的后侧，所述拉拔器固定在所述传感器的后侧，所述位移计固定设于所述拉拔器上，所述支架设于所述小钢管的末端。本发明的拉拔试验加载装置，可顺利完成测试钢管抗拔力、锚固力、合理锚固长度以及相邻小钢管的最佳间距等参数，提高了可行性、通用性和准确性，并节约了试验成本。

Description

一种拉拔试验加载装置

技术领域

本发明涉及一种拉拔试验加载装置，属于拉拔试验技术领域。

背景技术

管幕工法是一种新型的地下工程暗挖技术，是在小型断面的基础上构筑大跨度、大断面地下工程的施工方法。它以单管顶进为基础，各单管间依靠锁口在钢管侧面相接形成管排，并在锁口空隙注入止水剂以达到止水要求，管排顶进完成后形成管幕。但随着地下空间建设面对的挑战越来越大，仅用锁扣连接的传统管幕结构已不满足一些施工的需求，随后一种新型管幕工法被提出：相邻钢管之间用小钢管连接的管幕工法，此工法大大增加了整体管幕的承载力和横向刚度，小钢管在相邻钢管中的锚固参数对工法设计十分重要。

但目前，现有的研究只仅限于锚杆的锚固问题，而小钢管的锚固问题还尚未研究，并且现有技术中还没有测试装置能够对其进行测试，不利于此工法的完善和应用。利用拉拔实验装置对构件进行拉拔试验是获得构件锚固性能的重要手段和途径之一，如对于研究抗拔力、锚固力、锚固长度、群锚效应和破坏叠加效应等关键参数。这些锚固参数是工程设计中的重要指标，同时也是现场施工的重要依据。传统的锚杆拉拔试验装置，是针对粘结式锚杆和素混凝土等材料的锚固作用，主要破坏形式为锚固界面的粘结失败，操作相对简单，现有装置不能考虑钢管对混凝土的约束作用，进而会造成测量结果偏小，并且也无法达到不同情况下对拉拔性能的准确量测。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种针对钢管的拉拔试验加载装置，其操作便捷，能够根据不同的加载和测量要求，完成拉拔试验。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种拉拔试验加载装置，其包括垫块、传感器、拉拔器、位移计、支架和小钢管，所述小钢管***钢管混凝土中，所述垫块穿过小钢管与钢管混凝土接触，所述垫块固定在所述钢管混凝土的外边缘，所述传感器通过小钢管固定在垫块的后侧，所述拉拔器固定在所述传感器的后侧，所述位移计固定设于所述拉拔器上，所述支架设于所述小钢管的末端，用于支撑小钢管。

如上所述的拉拔试验加载装置，优选地，所述垫块的为类三角柱体，与钢管混凝土的接触面为与钢管混凝土钢管相适配的曲面，中间设有贯通的槽眼，用于小钢管从中间贯穿，其它面为平面设置。

如上所述的拉拔试验加载装置，优选地，所述垫块为实心钢块制作。

如上所述的拉拔试验加载装置，优选地，所述传感器为圆柱体测试仪器，中间为贯通圆孔，小钢管穿过该圆孔将传感器固定在小钢管上。

如上所述的拉拔试验加载装置，优选地，所述拉拔器为长圆柱体加载装置，其中间设有贯通的通孔，通孔内设置活塞和滑套，所述小钢管穿过通孔，由活塞和滑套固定，所示拉拔器外连手动加载泵，对小钢管施加拉拔力。

如上所述的拉拔试验加载装置，优选地，所述位移计为高精度动态位移计，所述位移计设有两支，一支所述位移计固定设置在拉拔器的下方，其位移计的一端外接引线连接到所述传感器上，另一端连接到支架上，另一支设在所述小钢管的末端。

如上所述的拉拔试验加载装置，优选地，所述支架包括两个支撑杆和一个T形架，所述两个支撑杆的上端交叉固定，T形架固定在两个交叉支撑杆下端的，两个支撑杆的下端支点与T形架的T形支点在同一水平面。

如上所述的拉拔试验加载装置，优选地，所述垫块和传感器之间设有垫片，所述垫片起到缓冲和保护传感器的作用。

如上所述的拉拔试验加载装置，优选地，所述小钢管设有多根，多根所述小钢管的末端，在支架前固定设有分配梁，所述分配梁为矩形钢板，用于将中间钢管的拉拔力分配到两边的小钢管，每个所述小钢管都对应设置有垫块和位移计，设置在中间位置的小钢管设有拉拔器和传感器，其位移计的一端连接在其对应的传感器上，另一端连接所述分配梁；其余的每个小钢管都对应固定设有位移计，其位移计的一端连接对应的垫块，另一端连接在支架上。

如上所述的拉拔试验加载装置，优选地，所述位移计通过磁性表座固定在所述小钢管上。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的拉拔试验加载装置，可顺利得到钢管抗拔力、锚固力、合理锚固长度以及相邻小钢管的最佳间距等参数，提高了可行性和通用性，节约了试验成本。考虑相邻小钢管的群锚效应和破坏叠加效应，进而得到相邻小钢管的最佳间距。提高了可行性、通用性和准确性，并节约了试验成本。

本发明的拉拔试验加载装置，考虑到小钢管和钢管混凝土外壁相交，后期加载面为曲面，为方便后期加载过程中钢管混凝土和千斤顶的连接，使得千斤顶施加的力施作于试件上，通过加载垫块进行传递。同时，为了防止加载过程中垫块破坏，应采用实心刚进行垫块的制作。

本发明的拉拔试验加载装置，由于横向小钢管固定端位于钢管混凝土内，小钢管外端处于悬臂状态，因此在小钢管悬臂端架设支架，达到保持小钢管自由端与锚固端水平的目的，避免由于自由端下沉产生的变形误差。

附图说明

图1为本发明拉拔试验加载装置的一优选实施例的结构示意图；

图2为垫块的结构示意图；

图3为单根支架的结构示意图。

图4为多根拉拔试验结构示意图；

图5为多根拉拔试验支架的示意图。

【附图标记说明】

1：垫块；

2：传感器；

3：拉拔器；

4：位移计；

5：支架；

6：小钢管；

7：钢管混凝土；

8：螺栓；

9：槽眼；

10：支撑杆；

11：T形架；

12：连接件；

13：横杆；

14：分配梁。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

为了克服传统的拉拔试验装置中存在的问题，提供一种拉拔试验加载装置，能够根据不同的加载要求，通过增加垫块等装置完成拉拔试验。操作便捷的拉拔试验加载装置，能够根据不同的加载要求，通过增加垫块等装置完成拉拔试验。

一种拉拔试验加载装置，设为单根小钢管的拉拔装置的单根拉拔装置如图1所示，其包括垫块1、传感器2、拉拔器3、位移计4、支架5和小钢管6，小钢管6的前端***钢管混凝土7中，垫块1穿过小钢管6与钢管混凝土7接触，固定在钢管混凝土7的外边缘，传感器2通过小钢管6固定在垫块1的后侧，拉拔器3固定在传感器2的后侧，拉拔器上设有位移计4，支架5设于小钢管6的末端，用于支撑小钢管。

具体地，垫块为类三角柱体，如图2中所示，与钢管混凝土7的接触面为曲面，曲面的弧度与钢管混凝土7的钢管外侧边沿相互吻合，垫块的中间设有贯通的槽眼9，小钢管6从槽眼9中间贯穿，其它面为平面设置。将垫块可稳定与钢管混凝土接触并紧密贴合，接触面设为曲面可使传感器受力均匀，其他面为平面，用来和传感器紧密贴合。

为防止在加载过程中发生破坏，垫块可采用实心钢制作。

传感器为圆柱体测试仪器，中间为贯通圆孔，小钢管上穿过圆孔用于固定传感器，传感器用于测量传感器用于传输测量到的受力值。

拉拔器为长圆柱体加载装置，中间设有贯通的通孔，在通孔内设置活塞和滑套，小钢管穿过通孔，活塞和滑套将拉拔器稳定连接在小钢管上。拉拔器外测通过管连接手动加载泵，通过油泵对小钢管施加拉拔力。拉拔器的末端通过螺栓8固定在小钢管上。

在拉拔器的外侧设有位移计，位移计为高精度动态位移计，位移计一端的外接引线连接到传感器上，另一端连接到支架上，位移计用于测量拉拔器位置移动的距离。

在小钢管的末端设有支架，支架可用于支撑小钢管，防止钢管倾斜导致测量结果不准确。如图3所示，支架可采用两个支撑杆10和一个T形架11组装而成，两个支撑杆10的上端交叉固定，形成一个X字形，T形架11固定在两个交叉支撑杆下端的，两个支撑杆10的下端支点与T形架11的T形支点在同一水平面。为了测量小钢管移动的距离，在小钢管的末端，还设有一支位移计，其位移计一端的外接引线连接到传感器上，另一端连接到支架上。

在室外小钢管拉拔试验中，由于横向小钢管固定端位于钢管混凝土内，小钢管末端即外端处于悬臂状态，因此在小钢管悬臂端架设支架，达到保持小钢管自由端与锚固端水平的目的，避免由于自由端下沉产生的变形误差。

进一步，在垫块和传感器之间设有垫片，该垫片起到缓冲和保护传感器的作用。

实施例2

对实施例1的拉拔试验加载装置，具体测试过程如下：

1、在钢管混凝土中预埋小钢管，将小钢管的固定端在浇筑混凝土之前***钢管混凝土的大钢管中，之后浇筑混凝土形成钢管混凝土。

2、垫块穿过小钢管贯穿槽眼，将垫块的曲面无缝固定在钢管混凝土外缘，保证垫块充分起到连接作用。

3、传感器通过中间小钢管贯穿，连接在垫块后，并在垫块后面先将垫片安装在小钢管上，即在垫块和传感器之间添加垫片，用于起到缓冲和保护作用。

4、拉拔器通过中间贯穿孔，由小钢管贯穿连接到传感器后端，中间加垫片进行隔离。在拉拔器的后端用螺母进行加固连接，保证试验过程中的安全可靠。

5、拉拔器的固定螺母施加后，为保证钢管不会因为悬臂端弯曲变形对试验产生影响，在钢管末端放置支架，保证小钢管在拉拔实验中保持水平。

6、在整个装置中，设置两支位移计。一支设置在拉拔器上，另一支靠近支架处设置。

实际试验中，采用额定极限拉拔力的手动加载油压穿心千斤顶作为作动器，由传感器实时采集拉拔力大小，设置位移计两支(量程：20mm～30mm)实时采集位移，最终由数据采集板用每秒钟3次的速率将数据传送给计算机再做处理，最终可得到力位移曲线。

试验为人工加载时，需要拉拔力平稳上升，故要求手动加载慢压快起整体达到匀速加载效果。抗拔试验中出现下列情况时，应终止加载：从第二级加载开始，后一级荷载产生的单位荷载下的小钢管位移增量大于前一级荷载产生的单位荷载下小钢管位移不收敛，小钢管杆体破坏。

实施例3

对钢管混凝土不同位置测量荷载-位移曲线时，可同时设置有多根小钢管的拉拔装置进行测试。在钢管混凝土的钢管外边缘垂直方向平行设置多根小钢管，也可根据需要进行不同位置的安装测试。通过多根小钢管，可以研究破坏区域的叠加效应和群锚效应。

如图4中所示，在垂直方向设置三根小钢管，这三根小钢管的设置是在同一直线上平行设置，三根小钢管的前端都***钢管混凝土中，中间的小钢管同实施例1中的单根小钢管的设置，设有垫块1、传感器2、拉拔器3、位移计4，其余两根小钢管分别对应设置有垫块1和位移计4，在小钢管6的末端，在支架5前固定设有分配梁14，分配梁14为矩形钢板，用于将中间小钢管的拉拔力分配到两边的小钢管。可在矩形钢板上对应小钢管的位置打孔，小钢管穿过矩形钢板的孔中，即成为分配梁14，将分配梁14可通过螺母与小钢管固定连接。使中间小钢管在拉拔器上加载力时，能均匀作用于其余两根小钢管。

中间的小钢管上的位移计4的一端未接线连接到传感器2上，另一端连接到分配梁14；两端的小钢管6上固定的位移计4，其一端连接在对应的垫块1上，另一端连接在支架5上，位移计4是通过磁性表座固定在小钢管上。

用于支撑小钢管的支架可采用如图5所示的多根拉拔装置的支架，两个支撑杆10成X字形交叉固定设置，原T形架设为十字型架，其中十字型架的纵向杆为连接件12，横向为横杆13，连接件12上设有与小钢管位置对应的插孔，插孔***小钢管的末端，用于支撑小钢管，横杆13的两端分别与两个支撑杆10固定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种拉拔试验加载装置，其特征在于，其包括垫块、传感器、拉拔器、位移计、支架和小钢管，所述小钢管的前端***钢管混凝土中，所述垫块穿过小钢管与钢管混凝土接触，所述垫块固定在所述钢管混凝土的外边缘，所述传感器通过小钢管固定在所述垫块的后侧，所述拉拔器固定在所述传感器的后侧，所述位移计固定设于所述拉拔器上，所述支架设于所述小钢管的末端，用于支撑小钢管。

2.如权利要求1所述的拉拔试验加载装置，其特征在于，所述垫块为类三角柱体，与钢管混凝土的接触面为与钢管混凝土钢管相适配的曲面，中间设有贯通的槽眼，用于小钢管从中间贯穿，其它面为平面设置。

3.如权利要求1所述的拉拔试验加载装置，其特征在于，所述垫块为实心钢块制作。

4.如权利要求1所述的拉拔试验加载装置，其特征在于，所述传感器为圆柱体测试仪器，中间为贯通圆孔，小钢管穿过该圆孔将传感器固定在小钢管上。

5.如权利要求1所述的拉拔试验加载装置，其特征在于，所述拉拔器为长圆柱体加载装置，其中间设有贯通的通孔，所示通孔内设置活塞和滑套，所述小钢管穿过通孔由活塞和滑套固定，所示拉拔器外连手动加载泵，对小钢管施加拉拔力。

6.如权利要求1所述的拉拔试验加载装置，其特征在于，所述位移计为高精度动态位移计，所述位移计设有两支，一支所述位移计固定设置在拉拔器的下方，其位移计一端的外接引线连接到所述传感器上，另一端连接到支架上，另一支位移计设在所述小钢管的末端。

7.如权利要求1所述的拉拔试验加载装置，其特征在于，所述支架包括两个支撑杆和一个T形架，所述两个支撑杆的上端交叉固定，T形架固定在两个交叉支撑杆下端的，两个支撑杆的下端支点与T形架的T形支点在同一水平面。

8.如权利要求1-7中任一项所述的拉拔试验加载装置，其特征在于，所述垫块和传感器之间设有垫片。

9.如权利要求1所述的拉拔试验加载装置，其特征在于，所述小钢管设有多根，多根所述小钢管的末端，在支架前固定设有分配梁，所述分配梁为矩形钢板，用于将中间钢管的拉拔力分配到两边的小钢管，每个所述小钢管都对应设置有垫块和位移计，设置在中间位置的小钢管设有拉拔器和传感器，其位移计的一端连接在其对应的传感器上，另一端连接所述分配梁；其余的每个小钢管都对应固定设有位移计，其位移计的一端连接对应的垫块，另一端连接在支架上。

10.如权利要求9所述的拉拔试验加载装置，其特征在于，所述位移计通过磁性表座固定在所述小钢管上。