一种气动荷载拉压循环加载装置及加载方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种气动荷载拉压循环加载装置及加载方法，涉及物理模型加载装置技术领域，该装置结构包括承压模型，所述承压模型内用于放置隧道支护结构试样，所述承压模型两端均分别开设有多个能够封闭的调压孔；抽气设备，所述抽气设备与所述承压模型一端连通，且能够从所述承压模型内抽气；压气设备，所述压气设备与所述承压模型另一端连通，且能够向所述承压模型内压气；压力传感器，所述压力传感器设置于所述隧道支护结构试样上。基于该加载装置的气动荷载拉压循环加载方法能够实现压力施加和拉力施加，从而能够对隧道支护结构试样施加拉压循环荷载。样施加拉压循环荷载。样施加拉压循环荷载。

【技术实现步骤摘要】
一种气动荷载拉压循环加载装置及加载方法


[0001]本专利技术涉及物理模型加载装置
，特别是涉及一种气动荷载拉压循环加载装置及加载方法。

技术介绍

[0002]列车(铁路或地铁列车等)高速通过隧道时会产生气动效应。列车车头进入隧道入口时，车头前方会产生压缩波并以当地声速沿隧道内向出口传播；随着列车进一步驶入隧道，压缩波继续沿隧道内向出口传播，当传播到隧道出口时会形成反射波，反射波以膨胀波的形式沿隧道内向入口传播，当传播到隧道入口时会形成反射波，反射波以压缩波的形式沿隧道内向出口传播，如此反复直至能量耗散而停止；当列车车尾驶入隧道入口时，车尾产生的膨胀波以当地声速沿隧道内向出口传播，当传播到隧道出口时会形成反射波，反射波以压缩波的形式沿隧道内向入口传播，当传播到隧道入口时会形成反射波，反射波以膨胀波的形式沿隧道内向出口传播，如此反复直至能量耗散而停止，从而使得隧道支护结构受到压缩波和膨胀波的反复作用。
[0003]压缩波以压力形式作用在隧道支护结构上，膨胀波以拉力形式作用在隧道支护结构上，使得隧道支护结构承受拉压循环荷载。气动荷载拉压循环作用会加速隧道支护结构性能的衰减速度以及结构病害的发展速度，从而降低隧道支护结构的使用寿命。故研究气动荷载拉压循环对隧道支护结构力学性能的影响规律具有重要的工程价值和理论意义。
[0004]目前，现有的气动荷载加载装置和加载方法只能实现压力施加，而无法实现拉力施加，从而使得现有的加载装置和加载方法无法对隧道支护结构或试样施加拉压循环荷载。

技术实现思路
r/>[0005]本专利技术的目的是提供一种气动荷载拉压循环加载装置及加载方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现压力施加和拉力施加，从而能够对隧道支护结构试样施加拉压循环荷载。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术提供一种气动荷载拉压循环加载装置，包括承压模型，所述承压模型内用于放置隧道支护结构试样，所述承压模型两端均分别开设有多个能够封闭的调压孔；抽气设备，所述抽气设备与所述承压模型一端连通，且能够从所述承压模型内抽气，抽气设备主要用来从承压模型内部抽气，降低承压模型内部的空气压力，从而模拟膨胀波的作用，并实现对承压模型内部的隧道支护结构或试样等研究对象施加气动荷载拉力作用；压气设备，所述压气设备与所述承压模型另一端连通，且能够向所述承压模型内压气，压气设备主要用来向承压模型内部压气，增大承压模型内部的气体压力，从而模拟压缩波的作用，并实现对承压模型内部的隧道支护结构或试样等研究对象施加气动荷载压力作用；压力传感器，所述压力传感器设置于所述隧道支护结构试样上。
[0008]可选的，所述承压模型为内部中空的矩形结构；所述承压模型两端均开设有一个中心孔洞，所述抽气设备与所述承压模型一端的中心孔洞连通，所述压气设备与所述承压模型另一端的中心孔洞连通；所述调压孔均匀设置于所述中心孔洞外侧。
[0009]可选的，所述承压模型包括对称设置的第一模型体和第二模型体，所述第一模型体和第二模型体通过螺栓固定密封连接；所述第一模型体远离与所述第二模型体连接处的一端开设有所述中心孔洞，所述第二模型体远离与所述第一模型体连接处的一端开设有所述中心孔洞。
[0010]可选的，所述压气设备的出气口通过第一三通管连接有进气管，所述进气管末端与同侧的所述中心孔洞连通，所述第一三通管远离压气设备和进气管的通口上设置有第一控制阀，所述压气设备的出气口设有第二控制阀，所述进气管上设有第三控制阀。
[0011]可选的，所述抽气设备的抽气口通过第二三通管连接有出气管，所述出气管末端与同侧的所述中心孔洞连通，所述出气管上设有第四控制阀，所述抽气设备的抽气口设有第五控制阀，所述第二三通管远离抽气设备和出气管的通口上设置有第六控制阀。
[0012]可选的，所述隧道支护结构试样形状为拱形、马蹄形或正方形。
[0013]可选的，所述隧道支护结构试样形式为拼装式结构或预制式结构。
[0014]可选的，所述承压模型底部固定设有多个支腿。
[0015]本专利技术还提供一种气动荷载拉压循环加载方法，包括如下步骤：
[0016]步骤一，制作隧道支护结构试样，隧道支护结构试样长度为承压模型内部长度，直径小于承压模型内部宽度和高度的较小值；
[0017]步骤二，将压力传感器黏贴在隧道支护结构试样内表面中间和两端部位，每个部位上下、前后各黏贴一个压力传感器，并将压力传感器连接到外部压力采集装置上；
[0018]步骤三，将制作完成的隧道支护结构试样纵向放置于承压模型内部，隧道支护结构试样中心与承压模型左右两端中心共线，并平行于承压模型纵向，然后将承压模型外部的螺栓拧紧；
[0019]步骤四，将承压模型左右两端的调压孔打开，放置两个小时；
[0020]步骤五，将压气设备与承压模型左端中心孔洞通过进气管相连接，将抽气设备与承压模型右端中心孔洞通过出气管相连接，并将第三控制阀和第四控制阀关闭；
[0021]步骤六，对隧道支护结构试样施加气动荷载压力作用，关闭承压模型左端的调压孔，打开右端调压孔，关闭抽气设备上的第五控制阀和第六控制阀，同时关闭第四控制阀；准备完毕后，打开第三控制阀，关闭压气设备上的第一控制阀，然后打开压气设备上的第二控制阀，并开启压气设备，配合隧道支护结构试样上黏贴的压力传感器实现气动荷载压力的精确施加；
[0022]步骤七，对隧道支护结构施加气动荷载拉力作用，关闭承压模型右端的调压孔，打开左端调压孔，关闭压气设备上的第一控制阀和第二控制阀，同时关闭第三控制阀；准备完毕后，打开第四控制阀，关闭第六控制阀，然后打开第五控制阀，并开启抽气设备，配合隧道支护结构试样上黏贴的压力传感器实现气动荷载拉力的精确施加；
[0023]步骤八，对隧道支护结构试样施加拉压循环气动荷载作用，若先施加气动荷载压力作用，然后施加气动荷载拉力作用，则先执行步骤六，然后再执行步骤七，如此反复，实现对隧道支护结构试样拉压循环气动荷载作用的加载。
[0024]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0025]本专利技术通过高速压气设备来向承压模型内部高速压气，从而使得承压模型内部气压逐渐增大，以此来模拟压缩波的作用，并实现对承压模型内部研究对象施加气动荷载压力作用；通过高速抽气设备来从承压模型内部高速抽气，从而使得承压模型内部气压逐渐减小，以此来模拟膨胀波的作用，并实现对承压模型内部研究对象施加气动荷载拉力作用；通过高速压气和抽气设备的交替开启，可以实现对承压模型内部研究对象气动拉压荷载的循环施加。通过隧道支护结构试样上黏贴的压力传感器可以实现气动拉压循环荷载的精确施加。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气动荷载拉压循环加载装置，其特征在于：包括承压模型，所述承压模型内用于放置隧道支护结构试样，所述承压模型两端均分别开设有多个能够封闭的调压孔；抽气设备，所述抽气设备与所述承压模型一端连通，且能够从所述承压模型内抽气；压气设备，所述压气设备与所述承压模型另一端连通，且能够向所述承压模型内压气；压力传感器，所述压力传感器设置于所述隧道支护结构试样上。2.根据权利要求1所述的气动荷载拉压循环加载装置，其特征在于：所述承压模型为内部中空的矩形结构；所述承压模型两端均开设有一个中心孔洞，所述抽气设备与所述承压模型一端的中心孔洞连通，所述压气设备与所述承压模型另一端的中心孔洞连通；所述调压孔均匀设置于所述中心孔洞外侧。3.根据权利要求2所述的气动荷载拉压循环加载装置，其特征在于：所述承压模型包括对称设置的第一模型体和第二模型体，所述第一模型体和第二模型体通过螺栓固定密封连接；所述第一模型体远离与所述第二模型体连接处的一端开设有所述中心孔洞，所述第二模型体远离与所述第一模型体连接处的一端开设有所述中心孔洞。4.根据权利要求2所述的气动荷载拉压循环加载装置，其特征在于：所述压气设备的出气口通过第一三通管连接有进气管，所述进气管末端与同侧的所述中心孔洞连通，所述第一三通管远离压气设备和进气管的通口上设置有第一控制阀，所述压气设备的出气口设有第二控制阀，所述进气管上设有第三控制阀。5.根据权利要求2所述的气动荷载拉压循环加载装置，其特征在于：所述抽气设备的抽气口通过第二三通管连接有出气管，所述出气管末端与同侧的所述中心孔洞连通，所述出气管上设有第四控制阀，所述抽气设备的抽气口设有第五控制阀，所述第二三通管远离抽气设备和出气管的通口上设置有第六控制阀。6.根据权利要求1所述的气动荷载拉压循环加载装置，其特征在于：所述隧道支护结构试样形状为拱形、马蹄形或正方形。7.根据权利要求1所述的气动荷...

【专利技术属性】
技术研发人员：林明安，房倩，刘方，杜建明，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
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