一种盾构管片力学性能试验机的制作方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
一种盾构管片力学性能试验机
技术领域
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 盾构管片力学性能试验机的搭建，有以下好处：
[0010] (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；
[0011] (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；
[0012] (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；
[0013] (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】
[0014] 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。
[0015] 本实用新型的技术方案
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022]本实用新型有益效果：
[0023]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】
[0024]图1是一种盾构管片力学性能试验机结构示意图；
[0025]图2是加载框架之径向反力钢桁架俯视图；
[0026]图3是径向平衡式加载示意图；
[0027]图4是径向不平衡加载示意图；
[0028]图5是盾构管片三环试验竖向加载点示意图；
[0029] 图6是盾构管片二环试验竖向加载点示意图；
[0030] 图7是盾构管片单环试验竖向加载点示意图。
[0031] 其中：
[0032] 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】
[0033]下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明：
[0034] 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。
[0035] 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。
[0036]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。
[0037]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。
[0038] 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。
[0039]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。
[0040] -种盾构管片力学性能试验机的试验方法，包括以下步骤：
[0041 ] 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；
[0042]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 不。
[0043]表1盾构管片几何尺寸明细
[0045] 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。
[0046] S2,根据盾构管片4的试验参数，搭建加载框架1;
[0047] 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。
[0048] 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;
[0049] S4,通过加载控制系统3给盾构管片4加载；
[0050] 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。
[0051 ]图3是径向平衡式加载示意图，其最大径向加载力为2000KNX 12组X 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。
[0052]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。
[0053]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lmin记录相关数据，直至加载至预定荷载。
[0054] 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。
[0055] 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。
[0056] 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。
【主权项】
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（I)，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。
【文档编号】G01M13/00GK205562159SQ201620298671
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】马程昊, 马庆松, 秦会来, 油新华, 张伟, 平洋, 张清林, 许国光
【申请人】中国建筑股份有限公司, 北京中建柏利工程技术发展有限公司