盾构隧道管片衬砌受高温组合荷载作用的加载试验装置的制作方法

本发明属于盾构隧道管片衬砌结构模型试验设备技术领域，具体涉及一种试验中模拟盾构隧道管片衬砌在高温组合荷载作用下的力学特性的试验装置。

背景技术：

地铁隧道发生火灾时会产生大量的热量，并通过热辐射、热对流及热传导传递到衬砌结构上，使得衬砌结构的温度不断升高。衬砌结构温度的升高一方面会降低衬砌管片的物理力学性能，另一方面会导致衬砌管片的不均匀变形，使得衬砌管片之间产生内力重分布从而大大降低隧道结构的承载力和安全性，从而可能造成巨大的经济损失和人员伤亡。在国家全面推进城市地下综合管廊建设的背景下，了解盾构隧道管环在高温工况下的力学特性对于掌握隧道火灾后衬砌的安全性能以及合理评价衬砌结构体系在火灾高温下的承载力性能是十分必要的，但受限于现有实验设备的不足，往往不能较好的开展相关的试验研究，不能全面的探究盾构隧道管片衬砌在高温工况下的力学特性。因此需要开展高温工况下的盾构管片衬砌力学特性试验设备的研制工作，为解决科研工作中的问题提供技术支持。

技术实现要素：

为了在模型试验中模拟盾构隧道管片环在高温工况下受荷载作用时的力学状态，本发明提供一种结构简单、能在管环外部精确加载、真实再现管环高温工况下在荷载作用下的受力与变形等力学特性的试验设备。本发明的技术方案如下：

一种盾构隧道管片衬砌受高温组合荷载作用的加载试验装置，包括基座，n根外压加载分配梁、n×m个液压千斤顶、n×m块承压板和环状电热炉，其中，

环状电热炉置于基座上，其截面积小于盾构隧道管环的内表面，受试的盾构隧道管环放置环状电热炉与加载试验装置之间；

n根外压加载分配梁均匀锚固在基座上与环状电热炉同心的圆周上，每根外压加载分配梁上沿竖向设置m个液压千斤顶，每个千斤顶另一端设置一块承压板，千斤顶与承压板之间用球铰支座连接，同一水平位置的n块承压板构成环状，且与试验盾构管环外轮廓相同，同一水平位置的相邻承压板之间有一定的周向距离以保证试验过程中液压千斤顶的自由伸缩，同一根外压加载分配梁上对应的m个承压板之间有一定的竖向间距以保证试验过程中管片接头的自由变形。

每块承压板上，与盾构隧道管环接触的内表面设有弹性层。

通过对n×m个液压千斤顶的控制将各类荷载形式加载在盾构管片衬砌上。通过控制环状电热炉的温度将温度荷载施加在盾构隧道管片衬砌上。

附图说明

图1为实施例1试验装置的结构示意图

图2为外压加载设备中外压加载分配梁及其配套千斤顶与承压板的结构示意图

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。

实施例1

如图1所示，本实施例的盾构隧道管环高温工况下的加载试验装置由基座1、6根外压加载分配梁2-1、18个液压千斤顶2-2、18块承压板2-3、电热丝3-1及环状保温层3-2组成,本实施例用于研究盾构隧道管环衬砌结构受外部均布荷载、内部高温荷载时的力学特性与变形。

本实施例的基座1是由12mm的厚钢板焊接而成。高300mm，半径1300mm。6根外压加载分配梁2-1用螺栓锚固在基座1上，呈圆形分布。如图2所示，外压加载分配梁2-1高1700mm，长180mm，宽260mm,由10mm的厚钢板焊接而成。在每根外压加载分配梁上，用螺栓将3个液压千斤顶锚固在外压加载分配梁上预定位置处，锚固点呈直线依次排开。本实施例中所用管环4由3环管环组成，每环管环由六片管片组成，上下两个管环错缝拼接，管环宽度600mm，内径1200mm,厚度50mm。圆弧形承压板2-3轮廓与管环外轮廓相同，高500mm，承压板2-3圆弧对应圆心角50°，由12mm厚钢板焊接而成，其中内表面由整块曲钢板构成。为了提高承压板的整体刚度，在承压板内部设置必要的加劲肋。千斤顶与承压板用球铰支座连接，且千斤顶顶头正好处于圆弧形承压板正中间。在承压板2-3上，与盾构隧道管环接触的外表面贴有10mm厚橡胶板，避免因为应力集中现象和盾构管环因瞬间受力过大造成的失真破坏。本实施例中组装好的外压加载设备能够保证承压板恰好贴合管环外轮廓且能够沿管环径向在合理范围内自由伸缩。本实施例中管环和基座之间垫有石棉板隔热，在基座与石棉板之间贴有聚四氟乙烯板减小摩擦力。本实施例中环状电热炉的环状保温层在管环内部，面向圆心，环状电热炉的电热丝在外部，面向管环内表面，以此保证电热炉加热过程中热辐射面向管环。

本实施例的盾构隧道管环高温工况下的加载试验装置在使用过程中需要与模型测试仪器、千斤顶数控仪、控温系统等设备配合使用，具体操作步骤是：

步骤一，根据预先计算结果将外压加载设备2组装完成，并将外压加载设备2锚固在基座1上。

步骤二，在基座上管环所占位置处贴聚四氟乙烯板，在聚四氟乙烯板上贴足够厚度石棉板，在基座上安装环状电热炉3。

步骤三，利用龙门吊将预先组装好的一环管片安置在基座1预定位置上，再次利用龙门吊将另一环管片安置在先前管片上，错缝拼接，校核位置后用接头将两环管片连接在一起，重复上次步骤，将三环管片组装完成。

步骤四，利用千斤顶数控仪调控液压千斤顶2-2，使承压板与管环轻微接触，调整好各项测试仪器后根据预订的试验计划开始试验。

上述实施例中未详细描述的连接件结构等均属于常规技术，其具体实施可以由本领域技术人员根据实际应用进行选择。