【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下工程结构试验，具体涉及一种洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的静力试验装置及方法。
技术介绍
1、随着国家城市化进程取得高速发展，城市地铁也进入高速发展阶段，但城市繁华地段对于地层变形控制要求较高，城市浅层空间的地层条件一般较差，围岩自承载能力不足，而传统暗挖法易导致地层变形不可控，严重的还会导致洞室坍塌，存在施工安全问题。为此，地铁车站的修建方法也在不断地发展与改进，其中洞桩法是由我国工程师于1992年在浅埋暗挖法的基础上，通过结合盖挖法和框架结构的技术成果改进而来的新型施工方法，核心在于通过利用小导洞、扣拱、支护桩等成熟技术的有机组合，形成桩-梁-拱共同作用的地下框架支撑结构体系，承受地下车站暗挖施工过程中的外部荷载，在其保护下形成一个强有效的安全作业空间。该工法具有地表沉降控制效果显著、结构形式灵活多变、施工安全性高、对周边环境影响小等独特的优势，因而尤其适用于地面交通繁忙、地下管线错综复杂、施工场地受限、对于地面沉降要求较高的城市地铁车站修建工程。
2、目前关于洞桩法，主要通过模型试验和数值模拟方法对车站施工所造成的地表沉降以及车站原始结构受力特性等方面展开研究。然而针对洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的稳定性以及破坏模式的研究较少，现有的对于车站开洞结构受力特性的研究又集中于侧墙开洞结构的地震响应分析。对于洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的破坏模式鲜有涉及，相关理论研究仍落后于工程实践经验，因此十分有必要对其开展进一步研究。同时，拱形结构的特殊性，使得采用结构—荷载模型开展加载研究存在一定的困难，特别是
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的静力试验装置及方法，可解决荷载—结构模式下洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的力学行为研究和承载力测试的问题，以及实现一套结构分别模拟侧墙无约束加载、侧向被动提供反力加载和侧向主动加载三种加载方式下的洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的受力特性研究。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
3、一种洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的静力试验装置，包括：
4、试验底座、竖向均布土压力加载装置、侧向约束—加载一体化装置和模拟中心对称的约束装置，竖向均布土压力加载装置设于试验底座上，侧向约束—加载一体化装置和模拟中心对称的约束装置设于竖向均布土压力加载装置两侧的试验底座上。
5、竖向均布土压力加载装置包括依次连接的顶部反力架、竖向作动器和竖向均载钢板，顶部反力架设于试验底座上，竖向均布土压力加载装置用于向试验模型施加竖向均布荷载。
6、侧向约束—加载一体化装置包括侧部反力架、水平作动器、传力装载架和预压组件，侧部反力架设于试验底座上，传力装载架滑动设于侧部反力架上，水平作动器和预压组件分别设于传力装载架两侧，水平作动器设于侧部反力架上并可作用于传力装载架，预压组件设于传力装载架上，侧向约束—加载一体化装置用于向试验模型施加水平荷载或约束反力。
7、模拟中心对称的约束装置包括水平约束板和支撑钢架，支撑钢架设于试验底座上，水平约束板可拆卸设于支撑钢架顶部，模拟中心对称的约束装置用于向试验模型提供约束反力。
8、进一步地，竖向均载钢板包括水平钢板和格栅钢板，水平钢板呈“凹”字型，水平钢板的顶面接于竖向作动器的工作端，格栅钢板垂直接于水平钢板的底面，格栅钢板与水平钢板相背的底部轮廓与试验模型的顶部轮廓适配。
9、进一步地，侧部反力架包括反力板、固定翼板和滑轨，反力板竖立设置，滑轨设有两条且两条滑轨并行设置，滑轨与试验底座铆接，两条滑轨的一端固接于反力板的底部一侧，反力板顶部和滑轨之间通过固定翼板连接，水平作动器设于反力板上并与滑轨位于反力板的同侧，传力装载架与滑轨滑动连接。
10、进一步地，传力装载架整体呈等腰梯形承台框架结构，传力装载架包括弹簧装载板、水平作动器接触板、连杆和支撑杆，弹簧装载板和水平作动器接触板竖立设置且互相并行，水平作动器接触板接于水平作动器的工作端，预压组件设于弹簧装载板上，弹簧装载板和水平作动器接触板相对的板面之间通过连杆连接，支撑杆设于弹簧装载板底部并与水平作动器接触板固接，支撑杆设有两条且两条支撑杆与两条滑轨一一对应，支撑杆底部设有与对应的滑轨滑动配合的滑轮。
11、进一步地，预压组件设有多组，多组预压组件均匀设于弹簧装载板上，预压组件包括弹簧和弹簧限位器，弹簧限位器包括第一弹簧盘、第二弹簧盘、限位螺杆和限位螺母，第一弹簧盘和第二弹簧盘竖立设置且互相并行，弹簧设于第一弹簧盘和第二弹簧盘之间，弹簧两端分别接于第一弹簧盘和第二弹簧盘相对的两个盘面，限位螺杆设有多个，多个限位螺杆围绕弹簧设置，弹簧装载板上设有与限位螺杆一一对应的螺孔，限位螺杆一端固接于第一弹簧盘，限位螺杆另一端滑动穿过第二弹簧盘并通过螺孔穿设在弹簧装载板上，限位螺杆穿过弹簧装载板并与限位螺母螺纹连接。
12、进一步地，支撑钢架包括水平支撑钢梁、竖立支撑钢梁和斜支撑钢梁，水平支撑钢梁设于试验底座上，竖立支撑钢梁底部和斜支撑钢梁底部分别固定于水平支撑钢梁两端，斜支撑钢梁顶部与竖立支撑钢梁顶部固接，水平约束板可拆卸设于竖立支撑钢梁顶部。
13、进一步地，本专利技术还提供了一种洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的模型试验方法，包括：
14、材料准备：根据试验模型的拱顶形状、开洞位置及开洞大小定制竖向均载钢板，根据试验模型的中拱尺寸大小定制水平约束板，根据侧墙尺寸定制弹簧装载板；
15、侧墙无约束加载：将试验模型固定于结构底座上，并在试验模型的顶部和中拱部分铺设橡胶垫，然后安装竖向均布土压力加载装置和模拟中心对称的约束装置，使格栅钢板的底部通过橡胶垫与试验模型的顶部接触，使水平约束板通过橡胶垫与试验模型的中拱部分紧密贴合，接着通过竖向作动器对试验模型施加竖向荷载，并对试验模型的应变数据和位移变化数据进行监测和记录，试验模型受力破坏时阻断竖向作动器的动力来源，结束加载试验；
16、侧向被动提供反力加载：将试验模型固定于结构底座上，并在试验模型的顶部、中拱部分和侧墙铺设橡胶垫，安装竖向均布土压力加载装置、模拟中心对称的约束装置和侧向约束—加载一体化装置，使格栅钢板的底部通过橡胶垫与试验模型的顶部接触，使水平约束板通过橡胶垫与试验模型的中拱部分紧密贴合，使第一弹簧盘通过橡胶垫与试验模型的侧墙紧密接触，然后通过水平作动器顶推水平作动器接触板，使弹簧轻微压缩并调整限位螺母对弹簧进行限位，接着通过水平作动器对试验模型施加水平荷载直至弹簧压缩到一定长度，再通过竖向作动器对试验模型施加竖向荷载，试验模型受力破坏时保持竖向作动器施加荷载并阻断水平作动器的动力来源，然后对试验模型的应变数据和位移变化数据进行监测和记录，最后阻断竖向作动器的动力来源，结束加载试验；...
【技术保护点】
1.一种洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的静力试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的静力试验装置，其特征在于：竖向均载钢板(23)包括水平钢板(231)和格栅钢板(232)，水平钢板(231)呈“凹”字型，水平钢板(231)的顶面接于竖向作动器(22)的工作端，格栅钢板(232)垂直接于水平钢板(231)的底面，格栅钢板(232)与水平钢板(231)相背的底部轮廓与试验模型的顶部轮廓适配。
3.根据权利要求1所述的洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的静力试验装置，其特征在于：侧部反力架(31)包括反力板(311)、固定翼板(312)和滑轨(313)，反力板(311)竖立设置，滑轨(313)设有两条且两条滑轨(313)并行设置，滑轨(313)与试验底座(1)铆接，两条滑轨(313)的一端固接于反力板(311)的底部一侧，反力板(311)顶部和滑轨(313)之间通过固定翼板(312)连接，水平作动器(32)设于反力板(311)上并与滑轨(313)位于反力板(311)的同侧，传力装载架(33)与滑轨(313)滑动连接。
...【技术特征摘要】
1.一种洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的静力试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的静力试验装置，其特征在于：竖向均载钢板(23)包括水平钢板(231)和格栅钢板(232)，水平钢板(231)呈“凹”字型，水平钢板(231)的顶面接于竖向作动器(22)的工作端，格栅钢板(232)垂直接于水平钢板(231)的底面，格栅钢板(232)与水平钢板(231)相背的底部轮廓与试验模型的顶部轮廓适配。
3.根据权利要求1所述的洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的静力试验装置，其特征在于：侧部反力架(31)包括反力板(311)、固定翼板(312)和滑轨(313)，反力板(311)竖立设置，滑轨(313)设有两条且两条滑轨(313)并行设置，滑轨(313)与试验底座(1)铆接，两条滑轨(313)的一端固接于反力板(311)的底部一侧，反力板(311)顶部和滑轨(313)之间通过固定翼板(312)连接，水平作动器(32)设于反力板(311)上并与滑轨(313)位于反力板(311)的同侧，传力装载架(33)与滑轨(313)滑动连接。
4.根据权利要求3所述的洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的静力试验装置，其特征在于：传力装载架(33)整体呈等腰梯形承台框架结构，传力装载架(33)包括弹簧装载板(331)、水平作动器接触板(332)、连杆(333)和支撑杆(334)，弹簧装载板(331)和水平作动器接触板(332)竖立设置且互相并行，水平作动器接触板(332)接于水平作动器(32)的工作端，预压组件(34)设于弹簧装载板(331)上，弹簧装载板(331)和水平作动器接触板(332)相对的板面之间通过连杆(333)连接，支撑杆(334)设于弹簧装载板(331)底部并与水平作动器接触板(332)固接，支撑杆(334)设有两条且两条支撑杆(334)与两条滑轨(313)一一对应，支撑杆(334)底部设有与对应的滑轨(313)滑动配合的滑轮。
5.根据权利要求4所述的洞桩法三跨两柱式拱顶开洞结构的静力试验装置，其特征在于：预压组件(34)设有多组，多组预压组件(34)均匀设于弹簧装载板(331)上，预压组件(34)包括弹簧(341)和弹簧限位器(342)，弹簧限位器(342)包括第一弹簧盘(3421)、第二弹簧盘(3422)、限位螺杆(3423)和限位螺母(3424)，第一弹簧盘(3421)和第二弹簧盘(3422)竖立设置且互相并行，弹簧(341)设于第一弹簧盘(3421)和第二弹簧盘(3422)之间，弹簧(341)两端分别接于第一弹簧盘(34...
【专利技术属性】
技术研发人员：章慧健，周学民，裴行凯，王睿，王侨雨，严志成，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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