CN203465148U - 一种隧道衬砌整环结构试验加载装置 - Google Patents
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Abstract
一种隧道衬砌整环结构试验加载装置，包括中心反力装置、沿中心反力装置径向均匀分布并与中心反力装置相连的多组加载点，每组加载点径向从外到内依次包括荷载分配梁、液压装置、持荷梁以及至少一根拉杆，荷载分配梁与持荷梁对应拉杆分别设有安装孔，拉杆穿过荷载分配梁与持荷梁后固定于中心反力装置上，衬砌整环试件径向布置在持荷梁6内侧，液压装置安装于荷载分配梁与持荷梁之间以提供荷载。本实用新型采用自平衡的拉杆-反力梁加载体系，所有加载点荷载汇于中心反力装置上，构成自平衡加载***，整个装置传力途径简洁、明确，造价低，安装方便，对试验场地的要求不高。
Description
技术领域
本实用新型属于土木工程中的结构试验技术领域，涉及一种特殊的结构试验加载装置。
背景技术
目前，地铁交通建设规模越来越大，很多城市开工建设地铁，有些大城市的地铁已运行多年，用盾构（机）技术建造的地铁隧道的管状结构称为衬砌，衬砌是由钢筋混凝土管片拼成环，再将一环一环衬砌连接起来构成隧道。隧道衬砌承受周边的水土压力，过大或不均匀的水土压力造成衬砌环产生“椭圆状”变形，甚至破坏，危及地铁运行安全。
隧道衬砌试验研究分为管片试验和整环试验两大类，1:1原型衬砌整环结构试验是研究结构性能的最有效手段，国内外以往的隧道衬砌整环试验均为设计验证性试验，试件变形比较小。随着部分线路盾构隧道的多年运营，衬砌结构的侧向压力发生改变，部分衬砌已产生较大的变形，此时需要对结构进行加固处理来控制结构后续变形和承载能力。为了评价现有加固手段的效果以及选择合适的加固时机，需要进行原型衬砌整环结构极限承载能力试验。
与设计验证性试验相比，衬砌整环结构极限承载能力试验具有很大挑战性。首先是衬砌结构的极限荷载和极限变形相对较大，并表现为环向大偏压。其次，需要将试件加载到指定的变形量，保持此变形量在一周左右的时间内不变化，在此期间内对衬砌环进行加固，加固过程中不能有振动影响，加载千斤顶需要停止工作。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种隧道衬砌整环结构试验加载装置，
为达到上述目的，本实用新型的解决方案是：
一种隧道衬砌整环结构试验加载装置，包括中心反力装置、沿所述中心反力装置径向均匀分布并与所述中心反力装置相连的多组加载点，所述每组加载点径向从外到内依次包括荷载分配梁、液压装置、持荷梁以及至少一根拉杆，所述荷载分配梁与所述持荷梁对应所述拉杆分别设有安装孔，所述拉杆穿过所述荷载分配梁与所述持荷梁后固定于所述中心反力装置上，所述液压装置安装于所述荷载分配梁与所述持荷梁之间以提供荷载。
所述持荷梁与所述拉杆连接处设有锁紧螺帽。
每组加载点分布设有两根拉杆，所述两根拉杆位于所述荷载分配梁与所述持荷梁的两端。
所述中心反力装置为哑铃型结构，包括支撑座、固定安装于所述支撑座上下两端的圆形组合钢板，所述圆形组合钢板分别包括上下两组固定连接的圆形钢板，所述上下圆形两组钢板连接缝处对应所述加载点的数量径向均匀设有多组插销，所述上下两组插销之间的距离与所述两根拉杆之间的距离相等。
所述拉杆与所述中心反力装置通过插销连接。
还包括多个支撑底座，所述支撑底座的数量与所述加载点数量相同，所述支撑底座均匀布置于所述衬砌整环的下方以支撑所述衬砌整环。
所述隧道衬砌整环结构试验加载装置还包括滚珠组件，所述滚珠组件设置于所述支撑底座下方以减少试验时试件与地面之间的摩擦力。
所述隧道衬砌整环结构试验加载装置设有16～32组加载点。
所述拉杆为钢拉杆。
所述液压装置为液压千斤顶。
由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是：
本实用新型所示的隧道衬砌整环结构试验加载装置，采用自平衡的拉杆-反力梁加载体系，所有加载点荷载汇于中心反力装置，构成自平衡加载***，每个加载点的荷载由一根荷载分配梁、一根持荷梁和两根钢拉杆构成的钢结构装置提供。
在进行隧道衬砌整环结构加载试验时，持荷梁作为液压千斤顶主动加载的垫梁，用于保证荷载沿竖向均匀分布，整个自平衡加载装置传力途径简洁、明确，造价低，安装方便，对试验场地的要求不高。
此外，持荷梁还与锁紧螺帽配合，在模拟隧道衬砌加固工况试验中，持荷梁和锁紧螺帽在液压千斤顶停止工作的情况下保持衬砌整环试件的变形量，方便加固施工，满足隧道衬砌整环结构极限承载能力试验并能在大变形下对试验结构进行加固后二次试验的试验加载装置。
附图说明
图1为本实用新型一实施例平面布置图的俯视图；
图2为图1所示实施例中加载点的竖向剖面图；
附图中，1—中心反力装置，2—钢圆柱插销，3、3’—拉杆，4—整环衬砌试件，5—支撑底座，6—持荷梁，7、7’—锁紧螺帽，8—液压装置，9—荷载分配梁。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1和图2所示，一种隧道衬砌整环结构试验加载装置，包括中心反力装置1、沿中心反力装置1径向均匀分布并与中心反力装置1相连的多组加载点。每组加载点径向从外到内依次包括荷载分配梁9、液压装置8、持荷梁6以及至少一根拉杆，荷载分配梁9与持荷梁6对应拉杆分别设有安装孔，拉杆穿过荷载分配梁9与持荷梁6后固定于中心反力装置1上，拉杆与荷载分配梁9之间通过普通螺帽固定，衬砌整环试件4径向布置在持荷梁6下方，液压装置8安装于荷载分配梁9与持荷梁6之间以提供荷载，荷载分配梁9与持荷梁6两者之间的距离不大于液压千斤顶的最大行程。
隧道衬砌整环结构试验加载装置还设有支撑底座5，支撑底座5均匀的布置在衬砌整环试件4的底部，支撑底座5的数量与加载点的数量相等，衬砌整环试件4由试件支撑座5进行支撑并调节水平度，试件支撑座5下设滚珠组件，可减小试验时，当衬砌整环试件4受压发生变形的过程中衬砌整环试件4与地面间的摩擦力。
地铁隧道衬砌在地下受到的侧向水土压力为沿周边的分布荷载，由于在实验室施加分布荷载非常困难，本实用新型所示的隧道衬砌整环结构试验加载装置通过施加等效的集中线荷载以模拟地铁隧道衬砌的受压情况，将周边分布荷载等效为如附图1所示的多组加载点提供的集中荷载，一般的，可通过设置16～32个加载点进行模拟。
图1和图2所示实施例中，共设置24组加载点，考虑到加载的效率以及整个装置的构造，每组加载点中分别设有两根拉杆3和3’，且拉杆3和3’均为钢拉杆。拉杆3和3’布置在荷载分配梁9与持荷梁6上两端的位置处，中心反力装置1为竖向放置的哑铃型结构，包括支撑座、固定安装于支撑座上下两端的圆形组合钢板，圆形组合钢板分别包括上下两组圆形钢板，上下圆形两组钢板之间通过螺栓连接并保持一定的间隙，在上下圆形两组钢板之间的接缝处对应加载点径向均分设有24组插销2，且上下两组插销2之间的距离与两根拉杆之间的距离相等，从而钢拉杆3和3’穿过荷载分配梁9与持荷梁6后与中心反力装置1之间可通过插销2连接。液压装置8为液压千斤顶，同时，在衬砌整环试件4的底部还均匀设置有24组支撑底座5与滚珠组件。
在模拟衬砌环在地下所承受的水土平衡荷载实验中，当按图1和图2所示进行衬砌整环试件4和加载装置的拼装后，液压千斤顶开始按照试验要求施加压力，液压千斤顶的力通过持荷梁6化为线荷载作用在衬砌整环试件4上，液压千斤顶的反力由荷载分配梁9提供，此时，荷载分配梁9所受到的液压千斤顶的后座力通过钢拉杆3和3’传到中心反力装置1上。钢拉杆3和3’与中心反力装置通过插销2连接。24个荷载均由此汇集到中心反力装置，构成一套自平衡的加载装置来模拟衬砌环在地下所承受的水土平衡荷载。当衬砌整环试件4受压发生变形时，由于衬砌整环试件4与地面之间通过支撑底座5与滚珠组件连接，故试件在由圆形变为椭圆形的过程中，摩擦力较小，确保试验数据的精度。
同时，当实际的隧道衬砌出现过大的变形，即由初始的圆形截面变成椭圆型时，需要对衬砌整环试件4进行加固，为了模拟加固过程并了解加固后衬砌整环结构的极限承载性能，需要先将衬砌整环试件4加载到预设的变形量，然后保持此变形量稳定予以结构加固，加固过程中为了满足加固材料固化的要求，不得受到振动影响，即液压千斤顶必须停止工作。
故本实用新型所示的隧道衬砌整环结构试验加载装置在持荷梁6与拉杆3和3’相连接处设有锁紧螺帽，本实施例中，对应设有两组锁紧螺帽7和7’，以满足加固时保持衬砌环的变形量及不产生振动的要求。试验时，具体试验过程如下：首先按指定荷载由液压千斤顶初步加载，使得衬砌整环试件4产生指定的变形量，然后拧紧锁紧螺帽7和7’，此时持荷梁6受到衬砌整环试件4传来的被动压力，然后关闭液压千斤顶，进行衬砌结构加固。大约一周时间加固用的粘结剂完全固化，可进行第二次加载试验，试验时先施加千斤顶荷载到预设荷载，松动锁紧螺帽7和7’，按指定加载程序完成后续试验步骤，直到试件达到极限承载能力和完全破坏状态。
本实用新型所示的隧道衬砌整环结构试验加载装置，采用自平衡的拉杆-反力梁加载体系，所有加载点荷载汇于中心反力装置1，构成自平衡加载***，每个加载点的荷载由一根荷载分配梁9、一根持荷梁6和两根钢拉杆3和3’构成的钢结构装置提供。本试验装置中持荷梁6除作为液压千斤顶主动加载的垫梁，用于保证荷载沿竖向均匀分布外，还与锁紧螺帽7和7’配合，在模拟隧道衬砌加固工况试验中，持荷梁6和锁紧螺帽在液压千斤顶停止工作的情况下保持衬砌整环试件4的变形量，方便加固施工，满足隧道衬砌整环结构极限承载能力试验并能在大变形下对试验结构进行加固后二次试验的试验加载装置。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种隧道衬砌整环结构试验加载装置，其特征在于：包括中心反力装置、沿所述中心反力装置径向均匀分布并与所述中心反力装置相连的多组加载点，所述每组加载点径向从外到内依次包括荷载分配梁、液压装置、持荷梁以及至少一根拉杆，所述荷载分配梁与所述持荷梁对应所述拉杆分别设有安装孔，所述拉杆穿过所述荷载分配梁与所述持荷梁后固定于所述中心反力装置上，所述液压装置安装于所述荷载分配梁与所述持荷梁之间以提供荷载。
2.根据权利要求1所述的隧道衬砌整环结构试验加载装置，其特征在于：所述持荷梁与所述拉杆连接处设有锁紧螺帽。
3.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌整环结构试验加载装置，其特征在于：每组加载点分布设有两根拉杆，所述两根拉杆位于所述荷载分配梁与所述持荷梁的两端。
4.根据权利要求3所述的隧道衬砌整环结构试验加载装置，其特征在于：所述中心反力装置为哑铃型结构，包括支撑座、固定安装于所述支撑座上下两端的圆形组合钢板，所述圆形组合钢板分别包括上下两组固定连接的圆形钢板，所述上下圆形两组钢板连接缝处对应所述加载点的数量径向均匀设有多组插销，所述上下两组插销之间的距离与所述两根拉杆之间的距离相等。
5.根据权利要求4所述的隧道衬砌整环结构试验加载装置，其特征在于：所述拉杆与所述中心反力装置通过插销连接。
6.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌整环结构试验加载装置，其特征在于：还包括多个支撑底座，所述支撑底座的数量与所述加载点数量相同，所述支撑底座均匀布置于所述衬砌整环的底部以支撑所述衬砌整环。
7.根据权利要求6所述的隧道衬砌整环结构试验加载装置，其特征在于：还包括滚珠组件，所述滚珠组件设置于所述支撑底座下方以减少试验时试件与地面之间的摩擦力。
8.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌整环结构试验加载装置，其特征在于：设有16～32组加载点。
9.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌整环结构试验加载装置，其特征在于：所述拉杆为钢拉杆。
10.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌整环结构试验加载装置，其特征在于：所述液压装置为液压千斤顶。
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