一种预制箱涵上方地面交通荷载模拟试验方法技术

本发明专利技术公开了一种预制箱涵上方地面交通荷载模拟试验方法，包括，将模型箱放置于反力钢架底座上；在模型箱添加土体至预定高度；对可变形承压装置的伸缩杆的伸缩量进行计算并调整；进行竖向加载；推动模型套筒在模型滑轨上从模型箱前面钢板上的圆洞进入模型箱内部，将涌入隧道内部的土体挖除，紧闭模型箱上钢板；将监测装置伸入方形隧道模型内部；安装水平千斤顶进行轴向加载；通过模型箱底部水管向箱内注水至需要注水量，继续调整上述各千斤顶加载至需要水平；通过预设传感器采集相应数据，对方形隧道模型在随机外荷载作用下的变形、收敛变形、以及周围土体对方形隧道模型的压力进行量测；该发明专利技术解决现有试验装置及方法不能满足实际工况需求的问题。不能满足实际工况需求的问题。不能满足实际工况需求的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种预制箱涵上方地面交通荷载模拟试验方法


[0001]本专利技术属于地铁工程领域，尤其涉及一种预制箱涵上方地面交通荷载模拟试验方法。

技术介绍

[0002]近些年在大中型城市地下交通系统的不断完善、隧道数量不断增多，投入运营后的隧道由于行车荷载的作用而对地面沉降、周围建筑物、地下管线的长期应力应变影响不容忽视。为了避免地表长期行车荷载导致下方运营隧道变形和受力过大，危及隧道运营安全，往往对上跨基坑采取分区、分块开挖方式，并配合堆土或配重反压。为了模拟分析箱涵隧道上方行车荷载长期作用对既有下方运营盾构隧道的影响，设计研发了多套模型试验装置对该工况进行了模型试验分析，但对于长期行车荷载导致下方运营隧道变形和受力过大的情况，对不同区域的下压载荷试验方向，目前所研发的模型试验装置均存在对于装置内岩土材料不能分区加载，不能分阶段卸载等一些缺陷；另外，各装置必须先放隧道，后施加荷载使土体固结，与实际工程施工顺序不符；对于方形隧道模型的变形收敛监测不够完善。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于：为了解决现有试验装置及方法不能满足实际工况需求的问题，而提出的一种预制箱涵上方地面交通荷载模拟试验方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0005]一种预制箱涵上方地面交通荷载模拟试验方法，包括:
[0006]S1：将模型箱放置于反力钢架底座上，然后将模型箱正面的可开合钢板通过螺栓固定在模型箱上；
[0007]S2：在模型箱底部放置注水管，然后平铺粗砂至完全掩埋注水管，在粗砂上部加盖透水石，在模型箱按照试验方案需要添加土体至预定高度，后将升降装置降低至最低位置；
[0008]S3：对可变形承压装置的伸缩杆的伸缩量进行计算并调整；
[0009]S4：进行竖向加载：利用反力架、十字型滑轨、小型竖向千斤顶、可变形承压装置对模型箱内土体精确施加压力并达到预期水平，模型箱内土体被压缩；
[0010]S5.推动模型套筒在模型滑轨上从模型箱前面钢板上的圆洞进入模型箱内部，并将涌入隧道内部的土体人工挖除，将方形隧道模型完全放入后紧闭模型箱上钢板；
[0011]S6.将监测装置伸入方形隧道模型内部；
[0012]S7.安装水平千斤顶，并通过水平千斤顶进行轴向加载；
[0013]S8.通过模型箱底部水管向箱内注水至需要注水量，继续调整上述各千斤顶加载至需要水平；
[0014]S9.模型受压之后产生内力和变形，通过预设传感器采集相应数据，对方形隧道模型在随机外荷载作用下的变形、收敛变形、以及周围土体对方形隧道模型的压力进行量测。
[0015]作为上述技术方案的进一步描述：
[0016]所述的S3中对可变形承压装置的伸缩杆的伸缩量进行计算的方法包括：
[0017]s1：将土体完全加入模型箱内，并使其达到预定的压实度；
[0018]s2：测量模型箱内土体高度H、土的密度ρ、土粒比重d
s
、土的含水量ω、土在侧限条件下孔隙比e和竖向压应力p的关系；
[0019]s3：按照公式γ＝ρg计算每组土的重度γ，做出每组土在侧限压缩试验中的孔隙比e和竖向压应力p的关系曲线，按照公式计算求得每组土体的压缩系数a；
[0020]s4：对试验过程中方形隧道模型轴线所处水平面土体进行网格划分，对每个纵横线交叉处土体总应力σ
j
进行预先设定，σ
j
的值与实际工况中大小相等；
[0021]s5对模型箱内土体进行计算，计算该处土的自重应力σ
zj
，计算该处土的附加应力p
j
，最后计算该处土体沉降值s
j
；
[0022]s6：基于s5获取的每处土体沉降值s
j
，即该处土体上方对应的转动钢板变形值；测量可变形承压装置四周伸缩杆的螺距P，根据公式计算该处伸缩杆转动圈数
[0023]s7：基于s6中获取的每处伸缩杆转动圈数对所有伸缩杆进行调整，然后依照试验要求进行试验。
[0024]作为上述技术方案的进一步描述：
[0025]所述的模型箱开口朝上置于反力钢架之中，所述反力钢架由底座及分别竖向固定在底座四角处的架杆组成；模型箱内有一个前后放置的方形隧道模型，方形隧道模型内部设有监测装置；箱体底部设有注水管；箱体前侧设有模型滑轨，模型滑轨上有一个沿前后方向的模型套筒；架杆上设有能上下移动的升降装置，在升降装置上竖向设有整体加载装置，整体加载装置下方矩形阵列分布有多个分体加载装置，分体加载装置置于土层上方；经升降装置带动整体加载装置上下移动，对多个分体加载装置进行增减载荷，模拟对土层进行分区加载和分阶段卸载，经监测装置对土层中的方形隧道模型产生的压力变化进行监测。
[0026]作为上述技术方案的进一步描述：
[0027]所述的模型箱的前侧面由左右两侧的有机玻璃板和中间钢板组成，中间钢板的上下两端均固定在模型箱上，中间钢板中间开有一个圆洞，经圆洞将方形隧道模型置于模型箱内；中间钢板的前侧铰接有一个门板，门板四个角处均通过螺栓紧固的方式将门板贴紧模型箱，将圆洞关闭。
[0028]作为上述技术方案的进一步描述：
[0029]所述的方形隧道模型为由多个弧形隧道管片组成的圆筒，箱体后侧上下两端均固定有一个水平钢板，两水平钢板之间固定有一个竖直钢板，竖直钢板前侧中间固定有一个水平千斤顶8，水平千斤顶前端固定在方形隧道模型上。
[0030]作为上述技术方案的进一步描述：
[0031]所述的模型箱的前侧设有一个L形支架，L形支架与竖直钢板之间有一个横杆，横杆置于方形隧道模型内且与方形隧道模型同轴心；横杆上圆周均布且前后阵列分布有多个激光测距仪，L形支架、横杆、激光测距仪共同组成监测装置。
[0032]作为上述技术方案的进一步描述：
[0033]所述的模型套筒由多个圆周均布的弯曲板组成，相邻弯曲板之间通过企口缝咬
合，模型套筒长度是方形隧道模型的1.1倍，模型套筒内部直径与方形隧道模型外部直径相同；模型滑轨为形似倒立鱼腹骨状的钢架，模型套筒置于模型滑轨内。
[0034]作为上述技术方案的进一步描述：
[0035]所述的升降装置由套装在架杆上的空心升降套筒和连接各空心升降套筒的水平横梁滑轨组成；架杆上模型箱高度以上的位置设有锯齿，每个锯齿的上端面平齐，下端面为向上倾斜的斜面；有锯齿的架杆上开有多个竖向等距分布的螺栓孔；空心升降套筒内部在锯齿一侧铰接有一个转动杆，转动杆看尽锯齿的一端铰接有一个压杆，压杆下端置于锯齿之间，压杆上端与转动杆之间连接有一个弹簧。
[0036]作为上述技术方案的进一步描述：
[0037]所述的整体加载装置包括十字形滑轨、大型竖向千斤顶和加载板；在升降装置上设有十字形滑轨，十字形滑轨上设有一个能前后左右移动的大型竖向千斤顶，大型竖向千斤顶下方有一个加载板，加载板由上下两个垫板和两垫板之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预制箱涵上方地面交通荷载模拟试验方法，其特征在于，S1：将模型箱(3)放置于反力钢架底座(1)上，然后将模型箱(3)正面的可开合钢板通过螺栓固定在模型箱(3)上；S2：在模型箱(3)底部放置注水管(5)，然后平铺粗砂至完全掩埋注水管(5)，在粗砂上部加盖透水石，在模型箱(3)按照试验方案需要添加土体至预定高度，后将升降装置(11)降低至最低位置；S3：对可变形承压装置(18)的伸缩杆(23)的伸缩量进行计算并调整；S4：进行竖向加载：利用反力架、十字型滑轨、小型竖向千斤顶(17)、可变形承压装置(18)对模型箱(3)内土体精确施加压力并达到预期水平，模型箱(3)内土体被压缩；S5：推动模型套筒(10)在模型滑轨(9)上从模型箱(3)前面钢板上的圆洞进入模型箱(3)内部，并将涌入隧道内部的土体人工挖除，将方形隧道模型(4)完全放入后紧闭模型箱(3)上钢板；S6：将监测装置伸入方形隧道模型(4)内部；S7：安装水平千斤顶(8)，并通过水平千斤顶(8)进行轴向加载；S8：通过模型箱底部水管向箱内注水至需要注水量，继续调整上述各千斤顶加载至需要水平；S9：模型受压之后产生内力和变形，通过预设传感器采集相应数据，对方形隧道模型(4)在随机外荷载作用下的变形、收敛变形、以及周围土体对方形隧道模型(4)的压力进行量测。2.根据权利要求1所述的一种预制箱涵上方地面交通荷载模拟试验方法，其特征在于，S3中所述的可变形承压装置(18)的伸缩杆(23)的伸缩量的计算方法包括：s1：将土体完全加入模型箱(3)内，并使其达到预定的压实度；s2：测量模型箱(3)内土体高度H、土的密度ρ、土粒比重d
s
、土的含水量ω、土在侧限条件下孔隙比e和竖向压应力p的关系；s3：按照公式γ＝ρg计算每组土的重度γ，做出每组土在侧限压缩试验中的孔隙比e和竖向压应力p的关系曲线，按照公式计算求得每组土体的压缩系数a；s4：对试验过程中方形隧道模型(4)轴线所处水平面土体进行网格划分，对每个纵横线交叉处土体总应力σ
j
进行预先设定，σ
j
的值与实际工况中大小相等；s5：对模型箱(3)内土体进行计算，计算该处土的自重应力σ
zj
，计算该处土的附加应力p
j
，最后计算该处土体沉降值s
j
；s6：基于s5获取的每处土体沉降值s
j
，即该处土体上方对应的转动钢板(22)变形值；测量可变形承压装置(18)四周伸缩杆(23)的螺距P，根据公式计算该处伸缩杆(23)转动圈数s7：基于s6中获取的每处伸缩杆(23)转动圈数对所有伸缩杆(23)进行调整，然后依照试验要求进行试验。3.根据权利要求1所述的一种预制箱涵上方地面交通荷载模拟试验方法，其特征在于，
所述的模型箱(3)开口朝上置于反力钢架之中，所述反力钢架由底座(1)及分别竖向固定在底座(1)四角处的架杆(2)组成；模型箱(3)内有一个前后放置的方形隧道模型(4)，方形隧道模型(4)内部设有监测装置；箱体底部设有注水管(5)；箱体前侧设有模型滑轨(9)，模型滑轨(9)上有一个沿前后方向的模型套筒(10)；架杆(2)上设有能上下移动的升降装置(11)，在升降装置(11)上竖向设有整体加载装置，整体加载装置下方矩形阵列分布有多个分体加载装置，分体加载装置置于土层上方；经升降装置(11)带动整体加载装置上下移动，对多个分体加载装置进行增减载荷，模拟对土层进行分区加载和分阶段卸载，经监测装置对土层中的方形隧道模型(4)产生的压力变化进行监测。4.根据权利要求3所述的一种预制箱涵上方地面交通荷载模拟试验方法，其特征在于，所述的模型箱(3)的前侧面由左右两侧的有机玻璃板(24)和中间钢板(25)组成，中间钢板(25)的上下两端均固定在模型箱(3)上，中间钢板(25)中间开有一个圆洞，经圆洞将方形隧道模型(4)置于模型箱(3)内；中间钢板(25)的前侧铰接有一个门板(26)，门板(26)四个角处均通过螺栓...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔺云宏，常瑞成，田帅，李明宇，王文彬，冯虎，郭晓东，蔺永梅，
申请(专利权)人：广州地铁设计研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：