盾构管片力学模拟试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种盾构管片力学模拟试验装置，包括主体反力架、径向加载机构以及扩载梁，所述径向加载机构包括安装端以及延伸端，所述安装端可调节安装于所述主体反力架的内壁进而所述径向加载机构可在同一径向平面内相对于某一径向方向进行角度偏移微调，所述延伸端相对于所述安装端可调节地向所述主体反力架的中心伸缩或延伸，所述扩载梁沿盾构管片的轴向设置且可拆卸安装于所述延伸端，通过所述径向加载机构对所述扩载梁施加径向荷载进而通过所述扩载梁将径向荷载传递至盾构管片的外壁。本实用新型专利技术通过多向加载与精确导向的方式对盾构管片的力学行为进行模拟，以提高盾构隧道足尺试验的质量和效率。

Mechanical simulation test device for shield segment

The utility model provides a mechanical simulation test device for shield segment, which comprises a main reaction frame, a radial loading mechanism and an expanding beam. The radial loading mechanism comprises a mounting end and an extension end, which can be adjusted to be mounted on the inner wall of the main reaction frame so that the radial loading mechanism can be in the same radial direction. In the plane, the angle offset is trimmed relative to a certain radial direction, the extension end is adjustable to the center of the main body reaction frame with respect to the installation end, the expansion beam is arranged along the axial direction of the shield segment and can be disassembled and installed at the extension end, and the expansion beam is arranged through the radial loading mechanism. Radial load is applied to transmit radial load to the outer wall of the shield segment through the beam. The utility model simulates the mechanical behavior of the shield segment by means of multi-directional loading and precise guidance, so as to improve the quality and efficiency of the full-scale test of the shield tunnel.

【技术实现步骤摘要】
盾构管片力学模拟试验装置
本技术属于隧道工程
，涉及一种盾构管片力学模拟试验装置。
技术介绍
随着城市轨道交通的发展，地铁盾构隧道在施工与服役期间所遇到的各类安全问题也受到了越来越广泛的关注。针对地铁盾构隧道在不同地层条件中因遇到的周边施工扰动或因结构自身承载性能变化而发生的荷变现象，需要准确模拟出盾构隧道的荷变过程，并对管片结构的综合力学性能状况进行规律性的研究，从而更好地维护盾构隧道的结构安全，延长盾构隧道的使用寿命。为此，国内外主要采用数值模拟、缩尺模型试验与足尺试验等方法从事相关研究。然后，数值模拟的模型与实际物体间存在交大差异，当结构产生大变形并有破坏趋势时，数值计算的结果难以反映真实情况；缩尺模型试验具备相对灵活的特点，但受到模型材料性能的限制，试验结构与真实情况间也往往存在较大差异。因而，足尺试验逐渐成为了研究盾构管片力学性能的重要方向。对于足尺试验，反力装置的结构性能以及加载方式的合理性是实验能否更好地模拟隧道实际受力情况的关键。由于能使盾构结构产生足够的变形以至于破坏时的荷载较大，因此需要有足够强度与刚度的反力装置进行支撑。目前，隧道工程
盾构隧道足尺试验的反力装置大致包括反力墙、水平对拉锚索、杆加中心圆筒以及立式加载架等。然而，反力墙式加载装置占用空间大、不够灵活，不仅无法适应半径不同的盾构管片，而且会在荷载较大时产生墙体破坏；水平对拉锚索式反力装置通过锚索对拉在盾构管片表面产生压力，但这种压力较小且无法灵活改变；杆加中心圆筒式反力装置将杆穿过盾构管片，通过杆的拉力产生对盾构管片的压力，同时在圆筒处实现自平衡，但此类装置会对盾构管片产生破坏，降低的管片的承载性能，导致试验结果不准确；立式加载架考虑了盾构管片自身的重力，但结构无法处于稳定的平衡状态，在加载过程中会产生冲击力作用，加大对管片的破坏程度，导致试验结果不准确。此外，在试验中，当盾构管片所受荷载较大时，结构会发生大的径向变形与切向变形现有的盾构隧道足尺试验装置无法在这种状况下保持荷载方向的稳定性与荷载大小的准确性。因此，有必要研发一种新的具有精确导向的组合式多环盾构力学模拟试验装置。
技术实现思路
为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种盾构管片力学模拟试验装置，通过多向加载与精确导向的方式对盾构管片的力学行为进行模拟，以提高盾构隧道足尺试验的质量和效率。为实现上述目的，本技术的解决方案是：提供一种盾构管片力学模拟试验装置，包括主体反力架、径向加载机构以及扩载梁，所述径向加载机构包括安装端以及延伸端，所述安装端可调节安装于所述主体反力架的内壁进而所述径向加载机构可在同一径向平面内相对于某一径向方向进行角度偏移微调，所述延伸端相对于所述安装端可调节地向所述主体反力架的中心伸缩或延伸，所述扩载梁沿盾构管片的轴向设置且可拆卸安装于所述延伸端，通过所述径向加载机构对所述扩载梁施加径向荷载进而通过所述扩载梁将径向荷载传递至盾构管片的外壁。优选地，所述主体反力架包括上下间隔设置的多层反力环单元，相邻所述反力环单元之间通过多根相互间隔的立柱连接，两个立柱之间设有斜向肋撑，多个所述径向加载机构均匀分布于各层所述反力环单元的内壁。优选地，所述反力环单元包括外壁翼缘环、内壁翼缘环以及腹板连接环，所述腹板连接环固接于所述外壁翼缘环与所述内壁翼缘环之间，所述腹板连接环包括可拼装的多段腹板半环，相邻两段所述腹板半环通过弧形连接板配合高强螺栓无缝拼接。优选地，每个所述径向加载机构包括千斤顶底座、径向千斤顶、悬臂以及调节支撑臂，所述径向千斤顶通过所述千斤顶底座可轴转地安装于所述反力环单元的内壁，两个所述悬臂固接于所述千斤顶底座上并分别沿所述径向千斤顶的两侧向外延伸，所述悬臂的长度方向上开设有滑槽，所述调节支撑臂包括固定部以及延伸部，所述固定部卡设于所述滑槽内进而所述调节支撑臂沿所述悬臂可调节伸缩滑动，所述扩载梁安装连接于所述延伸部。优选地，所述千斤顶底座包括底板、支撑耳、转轴、套筒以及加长连接件，所述底板通过螺栓紧固于所述反力环单元的内壁，所述支撑耳固设于所述底板上，所述转轴穿设于所述支撑耳上，所述套筒活动套设于所述转轴上，所述加长连接件的一端固接于所述套筒的外表面，所述加长连接件的另一端与所述径向千斤顶的底部法兰紧固连接，进而所述径向千斤顶绕所述转轴进行微调轴转。优选地，所述径向千斤顶与液压控制设备控制连接，所述液压控制设备包括压力控制泵、油管、油路分配器、手动控制阀以及保压阀，所述压力控制泵通过所述油管分别与所述手动控制阀、所述保压阀以及所述油路分配器控制连接，每个所述径向千斤顶通过所述油管与所述油路分配器控制连接，通过所述压力控制泵向整个所述液压控制设备提供油压并在初始输油阶段提供压力控制，通过所述手动控制阀对所述油管分级加载以及补/卸压。优选地，所述扩载梁为工字梁，位于不同高度所述扩载梁的翼缘板之间设有多个加强肋板，所述加强肋板下固设有支撑轴，所述调节支撑臂的所述延伸部上开设有卡槽口，所述支撑轴固定卡设于所述卡槽口进而所述扩载梁安装于两侧所述调节支撑臂上并随所述调节支撑臂调节径向位置。优选地，位于不同高度所述扩载梁的翼缘板之间均匀布设有橡胶垫片以供均匀传递所述扩载梁内外侧所述翼缘板所受到的荷载力。优选地，包括多个轴向加载机构，每个所述轴向加载机构夹持于所述盾构管片轴向上的上沿和下沿进而施加轴向荷载，相邻两个所述轴向加载机构之间具有均匀间隔；所述轴向加载机构包括上加载板以及下加载板，所述上加载板与所述下加载板之间刚性连接并形成夹持空间以供夹持所述盾构管片的上下两沿，所述上加载板安装有竖向千斤顶以供顶压所述盾构管片的上沿，所述下加载板夹紧抵触于所述盾构管片的下沿。优选地，包括供支撑于所述盾构管片下的多个管片滑座机构，所述管片滑座机构包括承载座、滑轨以及滑板，所述滑轨沿长度方向固设于所述承载座上，所述滑板滑设于所述承载座的所述滑轨上，所述滑板夹持于所述盾构管片的底部进而沿盾构管片的径向方向滑动。本技术盾构管片力学模拟试验装置的有益效果包括：1)试验装置由多种重复部件组合而成，一方面可以可通过组装进行更多环盾构管片的足尺试验，另一方面可通过拆卸对试验装置进行维修与换新，以此保持试验装置的灵活性与耐久性；2)单环主体反力圆环单元具有足够大的强度与刚度，其结构尺寸按照单环盾构管片在极限破坏条件下的最不利的荷载进行设计，通过控制主体反力圆环单元的变形与受力状态在安全范围内，保证结构具备2.5倍以上的安全系数，最大变形不超过10mm，可实现对国内外常见尺寸的盾构衬砌结构进行全过程加载直至极限破坏，并在试验过程中呈自平衡状态；3)液压千斤顶每隔15°通过法兰安装于主体反力圆环单元上，可随意拆卸，保持了试验加载方式的灵活性；并通过直接从盾构管片外侧进行加载的方式，保证了管片的初始无损性；4)试验荷载由液压千斤顶传至滑动式扩载梁，再由橡胶垫以柔性接触的方式均匀地传递于盾构管片之上，可以使试验管片所受荷载更加接近于真实地层荷载；5)通过在每个液压千斤顶底部设置的转动机构，当管片发生切向变形时，允许千斤顶转动以消除管片切向变形带来的切向力作用，以保障设备安全，同时可使得千斤顶顶力方向始终垂直于管片表面。6)通过在低压条件下使用液压泵控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构管片力学模拟试验装置，其特征在于：包括主体反力架、径向加载机构以及扩载梁，所述径向加载机构包括安装端以及延伸端，所述安装端可调节安装于所述主体反力架的内壁进而所述径向加载机构可在同一径向平面内相对于某一径向方向进行角度偏移微调，所述延伸端相对于所述安装端可调节地向所述主体反力架的中心伸缩或延伸，所述扩载梁沿盾构管片的轴向设置且可拆卸安装于所述延伸端，通过所述径向加载机构对所述扩载梁施加径向荷载进而通过所述扩载梁将径向荷载传递至盾构管片的外壁。

【技术特征摘要】
1.一种盾构管片力学模拟试验装置，其特征在于：包括主体反力架、径向加载机构以及扩载梁，所述径向加载机构包括安装端以及延伸端，所述安装端可调节安装于所述主体反力架的内壁进而所述径向加载机构可在同一径向平面内相对于某一径向方向进行角度偏移微调，所述延伸端相对于所述安装端可调节地向所述主体反力架的中心伸缩或延伸，所述扩载梁沿盾构管片的轴向设置且可拆卸安装于所述延伸端，通过所述径向加载机构对所述扩载梁施加径向荷载进而通过所述扩载梁将径向荷载传递至盾构管片的外壁。2.根据权利要求1所述的盾构管片力学模拟试验装置，其特征在于：所述主体反力架包括上下间隔设置的多层反力环单元，相邻所述反力环单元之间通过多根相互间隔的立柱连接，两个立柱之间设有斜向肋撑，多个所述径向加载机构均匀分布于各层所述反力环单元的内壁。3.根据权利要求2所述的盾构管片力学模拟试验装置，其特征在于：所述反力环单元包括外壁翼缘环、内壁翼缘环以及腹板连接环，所述腹板连接环固接于所述外壁翼缘环与所述内壁翼缘环之间，所述腹板连接环包括可拼装的多段腹板半环，相邻两段所述腹板半环通过弧形连接板配合高强螺栓无缝拼接。4.根据权利要求3所述的盾构管片力学模拟试验装置，其特征在于：每个所述径向加载机构包括千斤顶底座、径向千斤顶、悬臂以及调节支撑臂，所述径向千斤顶通过所述千斤顶底座可轴转地安装于所述反力环单元的内壁，两个所述悬臂固接于所述千斤顶底座上并分别沿所述径向千斤顶的两侧向外延伸，所述悬臂的长度方向上开设有滑槽，所述调节支撑臂包括固定部以及延伸部，所述固定部卡设于所述滑槽内进而所述调节支撑臂沿所述悬臂可调节伸缩滑动，所述扩载梁安装连接于所述延伸部。5.根据权利要求4所述的盾构管片力学模拟试验装置，其特征在于：所述千斤顶底座包括底板、支撑耳、转轴、套筒以及加长连接件，所述底板通过螺栓紧固于所述反力环单元的内壁，所述支撑耳固设于所述底板上，所述转轴穿设于所述支撑耳上，所述套筒活动套设于所述转轴上，所述加长连接件的一端固接于所述套筒的外表面，所述加长连接件的另一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：金浩，周顺华，梁东，殷剑光，周新，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：上海,31