模拟盾构隧道纵向抗弯性能的试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种模拟盾构隧道纵向抗弯性能的试验装置，包括隧道衬砌、环型钢架、U型夹具、千斤顶，以3D打印方式预制盾构隧道衬砌模型，将其置于环型钢架中，通过对穿螺栓和U型夹具对隧道衬砌施加预紧力，能够有效模拟隧道衬砌承担的径向地层压力和轴向压力，通过千斤顶施加顶推力使得各榀环型钢架之间相互张开，从而带动各衬砌环之间相互张开，模拟隧道衬砌的纵向受弯工况，本发明专利技术设计精巧、使用方便，可为测定衬砌环缝接头的力学性能、研究盾构隧道的纵向抗弯性能提供基础性支撑。纵向抗弯性能提供基础性支撑。纵向抗弯性能提供基础性支撑。

【技术实现步骤摘要】
模拟盾构隧道纵向抗弯性能的试验装置


[0001]本专利技术涉及结构力学性能测试领域，尤其涉及一种模拟盾构隧道纵向抗弯性能的试验装置。

技术介绍

[0002]随着我国城市轨道交通的迅猛发展，盾构隧道在地铁工程中得到广泛应用。盾构隧道由预制管片和管片螺栓拼装而成，形成了具有环缝接头和纵缝接头的复杂结构；但目前国内外普遍采用的“典型横断面”设计方法，难以预测复杂地层中盾构隧道的纵向力学性能。大量研究表明，环缝接头对盾构隧道纵向性能具有较大影响；因此测定环缝接头的力学性能，是盾构隧道纵向设计中的一项重要基础工作。
[0003]目前常见的盾构隧道纵向抗弯性能试验包括模型试验和原型试验。前者以相似准则为基础，建立缩尺隧道模型并开展相应的加载测试；后者以若干块（环）真实管片为对象，通过大型加载装置开展相应的力学性能测试。
[0004]专利CN109443930A对多环盾构隧道模型进行跨中水平单点加载，考虑了自重影响，测试盾构隧道的纵向刚度；专利CN103033374B对盾构隧道模型施加不同端部约束及纵向多点加载，研究端部约束刚度对盾构隧道纵向结构力学性能的影响。模型试验成本相对低廉，但由于结构粗略化及试验装置等方面的限制，常常规避隧道埋置于岩土体中实际情况，难以真实反映盾构管片的实际受力性状（如地层压力，轴向压力等）。
[0005]专利CN109269900A沿隧道径向布置多组千斤顶和弹簧组装成自平衡结构，能施加径向压力模拟地层压力作用，研究盾构隧道管片接头的力学性能；专利CN102004054A建立三向集中加载系统，对局部相邻管片进行位移加载或力加载，以测定盾构隧道管片接头的相关力学参数。原型试验所需的加载装置体量大，技术难度高，成本高昂。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对以上不足之处，提供了一种能够真实模拟径向地层压力和衬砌轴向压力，施加不同弯矩荷载工况的模拟盾构隧道纵向抗弯性能的试验装置。
[0007]本专利技术解决技术问题所采用的方案是，一种模拟盾构隧道纵向抗弯性能的试验装置，包括隧道衬砌、环型钢架、U型夹具、千斤顶；所述隧道衬砌包括依次拼接的至少两个衬砌环，衬砌环由若干不同类型管片通过管片螺栓依次连接构成；所述隧道衬砌固定放置在多榀环型钢架内, 每榀钢架单元内放置容纳一个衬砌环；对称布置在相邻两榀环型钢架单元之间的两个千斤顶，将相邻的两榀钢架单元连接；所述U型夹具包括U型板、U型板分别设置有固定压板、活动压板， 固定压板与U型板固定连接，活动压板安装在轴力螺栓上，轴力螺栓穿设U型板并与之螺纹配合；
U型夹具沿隧道衬砌内壁圆周均布的设置若干个，固定压板、活动压板分别压固隧道衬砌两端。
[0008]进一步的，相邻的衬砌环之间形成环缝接头，每个衬砌环内相邻管片的拼接端形成纵缝接头。
[0009]进一步的，所述管片根据缩尺比例，采用3D打印方式预制。
[0010]进一步的，所述环型钢架包括圆周均布的四个L型钢架，四个L型钢架内侧围成容纳衬砌环的容置部，相邻的L型钢架经对穿螺栓相连接。
[0011]进一步的，所述L型钢架内焊接有肋板。
[0012]一种模拟盾构隧道纵向抗弯性能的试验方法，包括以下步骤：步骤1：根据缩尺比例，采用3D打印方式预制各类型管片，各管片之间通过管片螺栓拼接形成衬砌环, 多个衬砌环通过管片螺栓拼接形成隧道衬砌；步骤2：通过与预制衬砌环相匹配的环型钢架固定隧道衬砌，环型钢架的4个L型钢架通过对穿螺栓拼接，通过调节对穿螺栓张力对环型钢架施加预紧力，从而有效模拟隧道衬砌承担的径向地层压力；步骤3：重复步骤2，将多榀环型钢架箍住多个衬砌环，完成隧道衬砌模型与环型钢架的组装；步骤4：预制U型夹具，沿隧道衬砌模型圆周上均匀布置；通过旋转轴力螺栓对隧道衬砌模型施加纵向预紧力，从而有效模拟隧道衬砌中的轴向压力；步骤5：在相邻的环型钢架之间对称布置两个千斤顶，通过施加顶推力使得环型钢架之间相互张开，从而带动衬砌环之间相互张开，模拟隧道衬砌的纵向受弯工况；步骤6：对隧道衬砌逐级加载，并记录管片、螺栓、环缝处的应力或变形数据，以测定环缝接头力学性能，研究盾构隧道的纵向抗弯性能。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：设计精巧、使用方便；其加载系统能够模拟隧道衬砌在真实地层中的径向压力、轴向压力和纵向受弯工况，为测定衬砌环缝接头的力学性能、研究盾构隧道的纵向抗弯性能提供基础性支撑。
附图说明
[0014]下面结合附图对本专利技术专利进一步说明。
[0015]图1为盾构隧道纵向抗弯性能试验装置示意图。
[0016]图2为隧道衬砌示意图。
[0017]图3为环型钢架示意图。
[0018]图4为L型钢架示意图。
[0019]图5为U型夹具示意图。
[0020]图中：1
‑
隧道衬砌；11
‑
管片；12
‑
管片螺栓；13
‑
纵缝接头；14
‑
环缝接头；2
‑
环型钢架；21
‑
L型钢架；211
‑
预留螺栓孔；212
‑
肋板；22
‑
对穿螺栓；3
‑
U型夹具；31
‑
轴力螺栓；4
‑
千斤顶。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述。
[0022]如图1
‑
5所示，一种模拟盾构隧道纵向抗弯性能的试验装置，包括隧道衬砌1、环型钢架2、U型夹具3、千斤顶4：所述隧道衬砌包括依次拼接的至少两个衬砌环，衬砌环由若干不同类型管片11通过管片螺栓12依次连接构成；；所述隧道衬砌固定放置在多榀环型钢架内, 每榀钢架单元内放置容纳一个衬砌环；对称布置在相邻两榀环型钢架单元之间的两个千斤顶，将相邻的两榀钢架单元连接；所述U型夹具包括U型板、U型板分别设置有固定压板、活动压板， 固定压板与U型板固定连接，活动压板安装在轴力螺栓31上，轴力螺栓穿设U型板并与之螺纹配合；U型夹具沿隧道衬砌内壁圆周均布的设置若干个，固定压板、活动压板分别压固隧道衬砌两端。
[0023]在本实施例中，相邻的衬砌环之间形成环缝接头14，每个衬砌环内相邻管片的拼接端形成纵缝接头13。
[0024]在本实施例中，所述管片根据缩尺比例，采用3D打印方式预制。
[0025]在本实施例中，所述环型钢架包括圆周均布的四个L型钢架21，四个L型钢架内侧围成容纳衬砌环的容置部，相邻的L型钢架经对穿螺栓22相连接。
[0026]在本实施例中，所述L型钢架上预留螺栓孔211，L型钢架内焊接有肋板212，以加强刚度。
[0027]一种模拟盾构隧道纵向抗弯性能的试验方法，包括以下步骤：步骤1：按1：8的缩尺比例，以光敏树脂为材料，采用3D打印机预制2组管片，每组包括3个标准块、2个邻接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟盾构隧道纵向抗弯性能的试验装置，其特征在于：包括隧道衬砌、环型钢架、U型夹具、千斤顶；所述隧道衬砌包括依次拼接的至少两个衬砌环，衬砌环由若干不同类型管片通过管片螺栓依次连接构成；所述隧道衬砌固定放置在多榀环型钢架内, 每榀钢架单元内放置容纳一个衬砌环；对称布置在相邻两榀环型钢架单元之间的两个千斤顶，将相邻的两榀钢架单元连接；所述U型夹具包括U型板、U型板分别设置有固定压板、活动压板， 固定压板与U型板固定连接，活动压板安装在轴力螺栓上，轴力螺栓穿设U型板并与之螺纹配合；U型夹具沿隧道衬砌内壁圆周均布的设置若干个，固定压板、活动压板分别压固隧道衬砌两端。2.根据权利要求1所述的模拟盾构隧道纵向抗弯性能的试验装置，其特征在于：相邻的衬砌环之间形成环缝接头，每个衬砌环内相邻管片的拼接端形成纵缝接头。3.根据权利要求1所述的模拟盾构隧道纵向抗弯性能的试验装置，其特征在于：所述管片根据缩尺比例，采用3D打印方式预制。4.根据权利要求1所述的模拟盾构隧道纵向抗弯性能的试验装置，其特征在于：所述环型钢架包括圆周均布的四个L型钢架，四个L型钢架内侧围成容纳衬砌环的容置部，相邻的L型钢架经对穿螺栓相连接。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：关振长，黄金峰，杨滔，刘城铭，张浩浩，任璐瑶，林毅暄，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：