專(zhuān)利名稱(chēng)：：環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的高溫力學(xué)性能試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種試驗(yàn)裝置，特別是一種用于對(duì)環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行高溫力學(xué)性能試驗(yàn)的裝置。
背景技術(shù)：
：火災(zāi)會(huì)造成隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系混凝土、鋼筋力學(xué)性能的降低，會(huì)導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)體系承載能力的降低，可能引起隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的坍塌。特別是對(duì)于裝配式襯砌結(jié)構(gòu)體系，如盾構(gòu)隧道、沉管隧道等，還會(huì)導(dǎo)致接頭等薄弱部位的性能下降，引起隧道漏水、甚至破壞。同時(shí)，隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系與地面結(jié)構(gòu)物不同，其本身由于火災(zāi)造成的永久變形不僅會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力發(fā)生重分布，造成體系承載能力的降低，而且會(huì)對(duì)地面建筑及臨近的結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生不良影響。因此，通過(guò)試驗(yàn)研究隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫時(shí)(高溫后)的力學(xué)性能是極為重要的問(wèn)題。而開(kāi)展這樣的研究也亟需有綜合性的試驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)支持，但是，目前尚沒(méi)有能夠反應(yīng)隧道火災(zāi)特點(diǎn)和襯砌結(jié)構(gòu)體系受力特點(diǎn)的襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫時(shí)(高溫后)力學(xué)性能的試驗(yàn)系統(tǒng)。對(duì)于隧道襯砌這類(lèi)地下結(jié)構(gòu)，當(dāng)研究其結(jié)構(gòu)體系高溫時(shí)(高溫后)的力學(xué)性能時(shí)，與地上結(jié)構(gòu)相比，有如下幾個(gè)方面的重要特點(diǎn)和不同(1)國(guó)內(nèi)外實(shí)際火災(zāi)事故和火災(zāi)試驗(yàn)表明隧道火災(zāi)升溫速度快(最高可達(dá)到250'C/rain),達(dá)到的最高溫度高(最高可達(dá)到1350'C)，火災(zāi)持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)。為了描述隧道火災(zāi)的特點(diǎn)，目前國(guó)際上已建立了RWS(荷蘭)，HC，RABT(德國(guó))等溫度一時(shí)間曲線(xiàn)。因此，在進(jìn)行隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫時(shí)(高溫后)力學(xué)性能的試驗(yàn)時(shí)，必須要營(yíng)造出符合實(shí)際隧道火災(zāi)特點(diǎn)的升溫環(huán)境(也即模擬這些已經(jīng)建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn))。(2)相對(duì)于地上結(jié)構(gòu)而言，隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的受火方式為單面受火，同時(shí)另一面并非與空氣而是與包裹其的巖土體(包括地下水)接觸。(3)由于隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系被巖土體包裹，地下水及周?chē)鷰r土體會(huì)明顯的影響襯砌結(jié)構(gòu)體系內(nèi)部溫度的發(fā)展變化規(guī)律，進(jìn)而影響其材料物理力學(xué)性能的變化。(4)隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系是一種高次超靜定結(jié)構(gòu)，其與地層的相互作用相當(dāng)復(fù)雜。因此，與地上結(jié)構(gòu)不同，在試驗(yàn)中，需要反映出地層對(duì)結(jié)構(gòu)體系的約束一地層抗力的作用。(5)不同的溫度一荷載工況會(huì)明顯的影響隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫時(shí)(高溫后)力學(xué)性能的變化。鑒于此，在開(kāi)展隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫時(shí)(高溫后)的力學(xué)性能試驗(yàn)時(shí)必需要體現(xiàn)出上述特點(diǎn)。但是，由于進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫試驗(yàn)時(shí)如何營(yíng)造隧道火災(zāi)場(chǎng)景、如何加載以及如何反應(yīng)隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系與地層的相互作用都面臨著挑戰(zhàn)，因此，目前能夠模擬隧道火災(zāi)特點(diǎn)(升溫速度快，最高溫度高)、熱邊界(與巖土體接觸)、襯砌結(jié)構(gòu)體系受力特點(diǎn)(考慮地層抗力)及隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系受力狀況，能安全、可靠的開(kāi)展隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫時(shí)(高溫后)力學(xué)性能試驗(yàn)的綜合性試驗(yàn)系統(tǒng)尚未見(jiàn)報(bào)道。而已有的一些裝置只是進(jìn)行構(gòu)件試驗(yàn)，不能進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫力學(xué)性能試驗(yàn)。且從研究?jī)?nèi)容來(lái)看，主要局限于研究隧道襯砌構(gòu)件抗爆裂性能、襯砌構(gòu)件內(nèi)的溫度分布以及火災(zāi)對(duì)隧道襯砌構(gòu)件表面的損傷及防護(hù)措施。這些試驗(yàn)裝置采用的升溫方式如表1所示表1目前進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系火災(zāi)試驗(yàn)時(shí)使用的升溫方式<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從這些試驗(yàn)裝置采用的升溫方式來(lái)看，存在的問(wèn)題主要是或者升溫速度慢、或者達(dá)到的最高溫度低、或者不能準(zhǔn)確的控制溫度按照預(yù)定的升溫曲線(xiàn)升高，均不能很好的反映隧道火災(zāi)的特點(diǎn)。其次，在模擬隧道襯砌結(jié)構(gòu)熱邊界條件方面，這些裝置幾乎都沒(méi)有考慮周?chē)鷰r土體對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫力學(xué)性能的影響。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠模擬隧道火災(zāi)特點(diǎn)、熱邊界特點(diǎn)及隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系受力特點(diǎn)，能夠安全、可靠的開(kāi)展隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫力學(xué)性能試驗(yàn)的綜合性多功能試驗(yàn)系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的高溫力學(xué)性能試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)時(shí)所述的環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系軸線(xiàn)向上，它包括以下七個(gè)部分0)基座及襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)邊界模擬子系統(tǒng)，主要包括環(huán)形支撐基座和地層抗力模擬裝置，所述襯砌結(jié)構(gòu)體系平放在支撐基座上；②隔熱保溫子系統(tǒng)，主要包括耐火底板、隔熱蓋板和隔熱擋板，所述耐火底板位于支撐基座的內(nèi)部、襯砌結(jié)構(gòu)體系的下面，所述隔熱蓋板蓋在襯砌結(jié)構(gòu)體系的上面，所述隔熱擋板位于襯砌結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)部并與襯砌結(jié)構(gòu)體系的軸線(xiàn)平行，隔熱擋板與襯砌結(jié)構(gòu)體系內(nèi)壁之間設(shè)有隔熱纖維，所述隔熱擋板上設(shè)有燃燒器安裝孔；③火災(zāi)熱環(huán)境模擬子系統(tǒng),主要包括燃燒器控制臺(tái)，燃燒器，液化氣及空氣供應(yīng)設(shè)備，燃燒器安裝于隔熱擋板上的燃燒器安裝孔內(nèi)；⑨加載子系統(tǒng)，主要包括液壓站及控制臺(tái)，X向加載千斤頂，Y向加載千斤頂，加載反力框架，所述加載反力框架為四邊形，套在襯砌結(jié)構(gòu)體系的外面，所述X向加載千斤頂和Y向加載千斤頂分別設(shè)置加載反力框架的四邊與襯砌結(jié)構(gòu)體系之間；測(cè)量子系統(tǒng)，主要包括X向測(cè)力傳感器，Y向測(cè)力傳感器，爐內(nèi)溫度傳感器，襯砌結(jié)構(gòu)體系的參數(shù)測(cè)量裝置、土體溫度傳感器；數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，主要包括上位計(jì)算機(jī)以及與之相連接的數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器與測(cè)量子系統(tǒng)相連接；①襯砌結(jié)構(gòu)熱邊界模擬子系統(tǒng)，主要由土體及擋土板組成，所述擋土板套在襯砌結(jié)構(gòu)體系的外面，所述土體填充于擋土板與襯砌結(jié)構(gòu)體系之間。本試驗(yàn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在(1)由于選用工業(yè)級(jí)燃?xì)馊紵骱涂刂婆_(tái)，由程序自動(dòng)控制升溫，使得本試驗(yàn)系統(tǒng)能夠較好的模報(bào)隧道火災(zāi)場(chǎng)景，體現(xiàn)了隧道火災(zāi)升溫速度快、達(dá)到的最高溫度髙的特點(diǎn)。(2)本試驗(yàn)系統(tǒng)的升溫速度，最高溫度均可調(diào)，能夠支持多種隧道火災(zāi)場(chǎng)景，可以根據(jù)要求自由選擇和自動(dòng)程序設(shè)定需要的溫度一時(shí)間曲線(xiàn)。(3)合理布置的保溫隔熱措施，既保證了爐內(nèi)的快速升溫和較小的溫度波動(dòng)，同時(shí)，避免了爐內(nèi)高溫對(duì)測(cè)試裝置、加載裝置及周?chē)h(huán)境的影響。(4)能夠模擬隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的熱邊界條件一單面受火，另一面為巖土體，能夠模擬周?chē)馏w、地下水對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)體系的影響。(5)能夠?qū)σr砌結(jié)構(gòu)體系施加不同的位移邊界條件一自由邊界、考慮地層抗力的邊界及固定邊界。(6)能夠?qū)σr砌結(jié)構(gòu)體系施加多種荷載一溫度工況一先升溫后加載，先加載后升溫或者先升溫冷卻后加載等。同時(shí)，除了可以方便的進(jìn)行隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系髙溫時(shí)(高溫后)的力學(xué)性能試驗(yàn)，也可以對(duì)其進(jìn)行常溫時(shí)的力學(xué)性能試驗(yàn)。(7)借助于程序控制和自動(dòng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)，提高了工作效率和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。(8)本試驗(yàn)系統(tǒng)故障率低，安全可靠，便于操作，能夠勝任隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫時(shí)(高溫后)力學(xué)性能試驗(yàn)的要求。優(yōu)選地，上述耐火底板由下層的耐火磚墊層和上層的耐火纖維墊板構(gòu)成。優(yōu)選地，上述隔熱蓋板由外層鋼板和內(nèi)層耐火纖維組合而成。優(yōu)選地，上述襯砌結(jié)構(gòu)體系與支撐基座之間墊有細(xì)鋼棒和柔軟的耐火纖維。細(xì)鋼棒的作用是使支撐基座與襯砌結(jié)構(gòu)體系之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為多點(diǎn)接觸的滾動(dòng)摩擦，減弱了支撐基座對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)體系變形的影響；耐火纖維的作用一方面是填充支撐基座與襯砌結(jié)構(gòu)體系之間的孔隙，避免熱量的散失，另一方面可以保護(hù)細(xì)鋼棒不受爐內(nèi)高溫的影響。優(yōu)選地，上述地層抗力模擬裝置由彈簧構(gòu)成，設(shè)置在X向加載千斤頂或Y向加載千斤頂與襯砌結(jié)構(gòu)體系之間。上述襯砌結(jié)構(gòu)體系的參數(shù)測(cè)量裝置包括溫度、變形、曲率、接頭張角及內(nèi)力傳感器。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明試驗(yàn)的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2是圖1中A-A處的剖視圖。圖3是火災(zāi)熱環(huán)境模擬子系統(tǒng)的運(yùn)行原理圖。圖4是襯砌結(jié)構(gòu)體系的一種位移邊界一自由邊界示意圖。圖5是襯瘌結(jié)構(gòu)體系的另一種位移邊界一地層抗力邊界示意圖。圖6是襯砌結(jié)構(gòu)體系的另一種位移邊界一固定邊界示意圖。圖7是襯砌結(jié)構(gòu)體系與耐火底板、隔熱蓋板的連接關(guān)系示意圖。圖8是襯砌結(jié)構(gòu)熱邊界模擬子系統(tǒng)的示意圖。圖9是圖8中B-B處的剖視圖。具體實(shí)施方式如圖1所示，本發(fā)明環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的高溫力學(xué)性能試驗(yàn)系統(tǒng)，由以下七個(gè)具有特定功能的子系統(tǒng)有機(jī)組成(1)火災(zāi)熱環(huán)境模擬子系統(tǒng)；(2)隔熱保溫子系統(tǒng)；(3)基座及襯砌結(jié)構(gòu)體系力學(xué)邊界模擬子系統(tǒng)；(4)加載子系統(tǒng)；(5)溯量子系統(tǒng)；(6)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；(7)襯砌結(jié)構(gòu)體系熱邊界模擬子系統(tǒng)。在空間布置上，本試驗(yàn)系統(tǒng)采用臥式布置，即在試驗(yàn)時(shí)環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的軸線(xiàn)豎直向上安放。由于采用臥式布置，使得襯砌結(jié)構(gòu)體系安裝、荷載施加、測(cè)點(diǎn)布置、熱邊界施加(覆土)、升溫、保溫隔熱都非常的便利。同時(shí)，也便于進(jìn)行大尺寸襯砌結(jié)構(gòu)體系的試驗(yàn)。下面對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)分別作詳細(xì)介紹一、火災(zāi)熱環(huán)境模擬子系統(tǒng)火災(zāi)熱環(huán)境模擬子系統(tǒng)主要包括燃燒器控制臺(tái)l、燃燒器2、液化氣及空氣供應(yīng)設(shè)備3。其中燃燒器2安裝于隔熱擋板6上預(yù)留的燃燒器安裝孔7內(nèi)。隧道火災(zāi)時(shí)，斷面上的溫度分布規(guī)律為拱頂溫度最高，底板處溫度最低。因此，為了模擬隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系這一受熱環(huán)境，本試驗(yàn)系統(tǒng)利用襯砌結(jié)構(gòu)體系4自身和隔熱擋板6共同構(gòu)成加熱空間。這種空間布局模擬了襯砌結(jié)構(gòu)體系單面受火的特點(diǎn)，又反映了隧道斷面內(nèi)溫度分布的特點(diǎn)，同時(shí)也簡(jiǎn)化了試驗(yàn)裝置。火災(zāi)熱環(huán)境模擬子系統(tǒng)的運(yùn)行原理如圖3所示。燃燒器控制臺(tái)1根據(jù)爐內(nèi)溫度傳感器19反饋回來(lái)的爐溫，通過(guò)流量控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)液化氣和空氣的流量，使得爐內(nèi)溫度按照設(shè)定的曲線(xiàn)變化。同時(shí)，燃燒器2前端內(nèi)置的火焰探測(cè)器能夠?qū)崟r(shí)探測(cè)火焰的燃燒情況，并能在異常情況下發(fā)出警報(bào)。由于采用工業(yè)級(jí)燃燒器和程序自動(dòng)控制升溫，本火災(zāi)熱環(huán)境模擬子系統(tǒng)能夠達(dá)到的最高溫度為1350'C，最大升溫速度為250'C/min，同時(shí)，可以根據(jù)研究的需要預(yù)先設(shè)定不同的隧道火災(zāi)溫度一時(shí)間曲線(xiàn)(如RABT、RWS、HC曲線(xiàn)等)。本火災(zāi)熱環(huán)境模擬子系統(tǒng)較好的模擬了隧道火災(zāi)升溫速度快、達(dá)到的最髙溫度高的特點(diǎn)，同時(shí)，產(chǎn)生的溫度場(chǎng)波動(dòng)小，溫度分布均。此外，由于是程序自動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)便、安全可靠。二、隔熱保溫子系統(tǒng)隔熱保溫子系統(tǒng)主要包括耐火底板5、隔熱蓋板10和隔熱擋板6,耐火底板5位于支撐基座ll的內(nèi)部、襯砌結(jié)糊體系4的下面，隔熱蓋板10蓋在襯砌結(jié)構(gòu)體系4的上面，隔熱擋板6位于襯砌結(jié)構(gòu)體系4的內(nèi)部并與襯砌結(jié)構(gòu)體系4的軸線(xiàn)平行，隔熱擋板6與襯砌結(jié)構(gòu)體系4內(nèi)壁之間設(shè)有隔熱纖維9,隔熱擋板6上設(shè)有燃燒器安裝孔7。耐火底板5由下層的耐火磚墊層和上層的耐火纖維墊板構(gòu)成，隔熱蓋板10由外層鋼板和內(nèi)層耐火纖維組合而成，如圖2所示。襯砌結(jié)構(gòu)體系4和隔熱擋板6是共同構(gòu)成燃燒器2火焰燃燒和熱量集聚的空間。同時(shí)，隔熱擋板6避免了熱量向襯砌結(jié)構(gòu)體系低溫區(qū)的擴(kuò)散和對(duì)周?chē)h(huán)境、測(cè)試設(shè)備的影響。此外，隔熱擋板6也是燃燒器2的安裝基礎(chǔ)。試驗(yàn)升溫過(guò)程中，燃燒產(chǎn)生的熱廢氣通過(guò)的排煙道和煙囪8排出。耐火底板5、隔熱擋板6和隔熱蓋板10的作用，一方面是用來(lái)防止熱量的散失，以保證爐內(nèi)的快速升溫和達(dá)到要求的高溫；另一方面，作為有效的隔熱措施，避免了爐內(nèi)高溫對(duì)外部測(cè)試設(shè)備、加載設(shè)備以及周?chē)h(huán)境的影響。隔熱纖維9作為隔熱擋板6和襯砌結(jié)構(gòu)體系4間的一個(gè)柔性連接，一方面用來(lái)隔熱保溫，同時(shí)，由于其可以壓縮變形，能夠保證襯砌結(jié)構(gòu)體系的自由變形。由于隔熱蓋板10重量較輕，同時(shí)內(nèi)層為柔軟的可變形耐火纖維，這樣，一方面可以起到耐火隔熱的作用，另一方面，當(dāng)襯砌結(jié)構(gòu)體系4變形時(shí)，借助于耐火纖維的變形緩沖，可以減弱隔熱蓋板10對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)體勒變形的影響。三、基座及襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)邊界模擬子系統(tǒng)基座及襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)邊界模擬子系統(tǒng)主要包括支撐基座11和地層抗力模擬裝置12。其中支撐基座ll采用混凝土澆注，平面形狀與被測(cè)試襯砌結(jié)構(gòu)體系4相似，試驗(yàn)時(shí)，襯砌結(jié)構(gòu)體系4軸線(xiàn)向上平放在支撐基座ll上，為了消除支維基座11對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)體系4變形的影響，在襯砌結(jié)構(gòu)體系4與支撐基座11間墊入了細(xì)鋼擁26和乘軟的耐火纖維25,如圖7所示。細(xì)鋼棒26的作用是使支捸基座11與襯砌結(jié)構(gòu)體系4之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為多點(diǎn)接觸的滾動(dòng)摩擦，減弱了支撐基座11對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)體系4變形的影響。耐火纖維25的作用一方面是填充支撐基座11與襯砌結(jié)構(gòu)體系4之間的孔隙，避免熱量韻散失，另一方面是保護(hù)細(xì)鋼棒26不受爐內(nèi)高溫的影響。借助于地層抗力模擬裝置12和X向加載千斤頂14，可以對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)體系施加不同的力學(xué)邊界條件，上述地層抗力模擬裝置12可以由彈簧構(gòu)成(1)自由邊界。撤掉X向加載千斤頂14,襯砌結(jié)構(gòu)體系4可沿著支撐基座11自由變形，如圖4所示。(2)考慮地層抗力邊界。在X向加載千斤頂14與襯砌結(jié)構(gòu)體系4之間通過(guò)安裝地層抗力模擬裝置12(彈簧)，可以模擬地層與襯砌結(jié)構(gòu)體系4間的相互作用，如圖5所示，當(dāng)然地層抗力模擬裝置12也可以安裝在Y向加載千斤頂15與襯砌結(jié)構(gòu)體系4之間。(3)固定邊界。固定X向加載千斤頂14，則襯砌結(jié)構(gòu)體系4不能沿著支撐支座11變形，如圖6所示。四、加載子系統(tǒng)加載子系統(tǒng)主要包括澳壓站及控制臺(tái)13、X向加載千斤頂14、Y向加載千斤頂15、加載反力框架16。加載反力框架16為四邊形，套在襯砌結(jié)構(gòu)體系4的外面，X向加載千斤頂14和Y向加載千斤頂15分別設(shè)置加載反力框架16的四邊與襯砌結(jié)構(gòu)體系4之間；加載子系統(tǒng)按照試驗(yàn)要求負(fù)責(zé)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)體系4施加X(jué)向、Y向的荷載。五、測(cè)量子系統(tǒng)測(cè)量子系統(tǒng)主要包括X向淵力傳感器n、Y向測(cè)力傳感器18、爐內(nèi)溫度傳感器19、襯砌結(jié)構(gòu)體系的參數(shù)灘量裝置20和i體溫度傳感器21。其中襯砌結(jié)構(gòu)體系的參數(shù)測(cè)量裝置20包括用來(lái)測(cè)量襯砌結(jié)構(gòu)體系溫度、變形、曲率、接頭張角及內(nèi)力的各種傳感器。需要說(shuō)明的是，實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，襯砌結(jié)構(gòu)體系的參數(shù)測(cè)量裝置20和土體溫度傳感器21需要根據(jù)試驗(yàn)要求確定其布置位置，圖1僅為示意。測(cè)量子系統(tǒng)能夠測(cè)試的物理量及測(cè)試方法為(1)襯砌結(jié)構(gòu)體系所受的荷載。將X向測(cè)力傳感器17和Y向測(cè)力傳感器18連入數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)23,可以得到連續(xù)的任意時(shí)刻結(jié)構(gòu)體系的X向及Y向的受力情況。同時(shí)，X向測(cè)力傳感器17和Y向測(cè)力傳感器18可用來(lái)指示加載子系統(tǒng)的加載。(2)爐膛內(nèi)部溫度。通緯爐內(nèi)溫度傳感器19，在爐膛內(nèi)部沿拱頂?shù)降撞抗膊贾萌齻€(gè)熱電偶可以測(cè)得連續(xù)的爐內(nèi)瀾度變化。(3)襯砌結(jié)構(gòu)體系內(nèi)部的溫度分布。可以采用預(yù)埋或者鉆孔安裝(在預(yù)定位置打孔，清孔后，在孔中注入導(dǎo)熱性能良好的鋁粉，使熱電偶端部與混凝土壁間具有良好的熱接觸，之后在孔中填充水泥砂漿)的方法在襯砌結(jié)構(gòu)體系設(shè)定的位置安裝熱電偶。將熱電偶接入數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)23后，即可得到連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系4內(nèi)任意點(diǎn)任意時(shí)刻的溫度變化。同理，在土體中裝入熱電偶(土體溫度傳感器21)可以得到連續(xù)的襯砌結(jié)構(gòu)體系4周?chē)馏w中的溫度變化。(4)襯砌結(jié)構(gòu)體系的線(xiàn)位移。通過(guò)位移引出架(通過(guò)膨脹螺栓固定在襯砌結(jié)構(gòu)體系4上)將位移計(jì)引出到常溫區(qū)進(jìn)行位移量測(cè)可以避免高溫對(duì)位移計(jì)的影響，同時(shí)接入數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)23可以測(cè)得連續(xù)的襯砌結(jié)構(gòu)體系任意時(shí)刻的線(xiàn)位移。(5)襯砌接頭張角(張開(kāi)量)。對(duì)于盾構(gòu)隧道等裝配式襯砌結(jié)構(gòu)體系，利用襯砌接頭張角測(cè)試裝置能夠避免高溫對(duì)位移計(jì)的影響，同時(shí)，可以測(cè)得接頭任意時(shí)亥f的連續(xù)的張角(張開(kāi)量)。(6)襯砌結(jié)構(gòu)體系的曲率。利用曲率測(cè)量裝置可以測(cè)得結(jié)構(gòu)體系4任意時(shí)刻、任意位置的連續(xù)的曲率變化。(7)襯砌結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力。由于襯砌結(jié)構(gòu)體系4為超靜定結(jié)構(gòu)，為了求得不同時(shí)刻襯砌結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力分布情況，至少需要已知一個(gè)斷面的內(nèi)力分布。通過(guò)在低溫區(qū)布置結(jié)構(gòu)內(nèi)力測(cè)點(diǎn)(測(cè)量受力鋼筋應(yīng)力及混凝土應(yīng)變)可以得到襯砌結(jié)構(gòu)體系任一截面任一時(shí)刻的內(nèi)力。六、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)23主要包括上位計(jì)算機(jī)以及與之相連接的數(shù)據(jù)采集器。所述數(shù)據(jù)采集器與測(cè)量子系統(tǒng)中的各個(gè)傳感器(如溫度、位移、張角、內(nèi)力、測(cè)力傳感器等)相連接，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)。七、襯砌結(jié)構(gòu)熱邊界模擬子系統(tǒng)襯砌結(jié)構(gòu)熱邊界模擬子系統(tǒng)24主要由土體242及擋土板241組成，擋土板241套在襯砌結(jié)構(gòu)體系4的外面，土體242填充于擋土板241與襯砌結(jié)構(gòu)體系4之間，如圖8、圖9所示。試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)體系覆蓋不同特性的土體242，不僅模擬了襯砌結(jié)構(gòu)體系的熱邊界條件，同時(shí)模擬了地下巖土體對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)體系內(nèi)溫度分布、受力特性等的影響。本發(fā)明的試驗(yàn)系統(tǒng)可方便的用于-(1)不陶溫度一荷載工況下，環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫時(shí)(高溫后)的力學(xué)性能試驗(yàn)。(2)不同荷載工況下，環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系常溫下的力學(xué)性能試驗(yàn)。(3)研究分析不同火災(zāi)場(chǎng)景下，火災(zāi)對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的損傷，以及有效的結(jié)構(gòu)體系耐火措施。(4)檢驗(yàn)不同火災(zāi)場(chǎng)景下，不同隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系耐火措施的性能。具體地說(shuō)，本發(fā)明的試驗(yàn)系統(tǒng)可以完成以下功能(1)利用本試驗(yàn)系統(tǒng)可以幵展的研究利用本i^驗(yàn)系統(tǒng)，可以進(jìn)行廣泛的隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫時(shí)(高溫后)的力學(xué)性能試驗(yàn)-O)襯砌結(jié)構(gòu)體系內(nèi)溫度場(chǎng)傳播分布規(guī)律(考慮隧道襯砌實(shí)際受火狀況，以及圍巖、地下水、表面防護(hù)等的影響)；②不同火災(zāi)場(chǎng)景、不同受力狀態(tài)下，襯砌結(jié)構(gòu)體系的損壞形式(爆裂、開(kāi)裂、漏水)、損壞機(jī)理以及薄弱環(huán)節(jié)；③襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫時(shí)、離溫后的整體變形、穩(wěn)定性、承載能力；⑨火災(zāi)后結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生的永久變形以及對(duì)周?chē)h(huán)境的影響；⑤不同火災(zāi)場(chǎng)景、受力狀況下襯砌結(jié)構(gòu)體系的耐火極限；提高襯砌結(jié)構(gòu)體系耐火性能的方法及試驗(yàn)檢驗(yàn)；(D火災(zāi)后襯砌結(jié)構(gòu)體系不同修復(fù)加固方法的效果試驗(yàn)。(2)本試驗(yàn)系統(tǒng)支持的材料類(lèi)型、結(jié)構(gòu)體系形狀可以進(jìn)行各種混凝土、鋼筋混凝土以及鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)體系的高溫力學(xué)性能試驗(yàn)。襯砌結(jié)構(gòu)體系的形狀除了圓環(huán)形，也可以是矩形等。同時(shí)，由于采用臥式升溫加載，對(duì)較大尺寸的結(jié)構(gòu)體系也可以方便的進(jìn)行試驗(yàn)。(3)本試驗(yàn)系統(tǒng)能夠模擬的荷載一溫度工況利用本試驗(yàn)系統(tǒng)，既可進(jìn)行高溫下襯砌結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)性能試驗(yàn)(可以采用先加載，后升溫或者先升溫后加載的荷載"ffi度路徑)，也可進(jìn)行經(jīng)歷髙溫后襯砌結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)性能試驗(yàn)。同時(shí)，也可以對(duì)常溫下襯5^構(gòu)體系的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)。(4)本系統(tǒng)能夠模擬的荷載(熱)邊界條件本試驗(yàn)系統(tǒng)饞夠考慮地饜,遒襯^W麴構(gòu)體系變形的約束作用一地層抗力的作用?？梢詫?duì)襯砌結(jié)構(gòu)體系旛加三種類(lèi)型的力學(xué)邊界條件自由邊界，反映地層抗力的邊界和髑定邊界。本試驗(yàn)系統(tǒng)可以考慮周?chē)鷰r土體的熱擴(kuò)散作用，能夠模擬隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系所處的熱邊界條件(被周?chē)鷰r土及地下水包裹)。(5)本系統(tǒng)能夠模擬的火災(zāi)場(chǎng)景本試驗(yàn)系統(tǒng)最高加熱溫度可以達(dá)到1350'C，最大升溫速度可以達(dá)到250'C/min。較好的體現(xiàn)了隧道火災(zāi)升溫速度快，達(dá)到的最高溫度高的特點(diǎn)。同時(shí)，通過(guò)程序控制，可以模擬多種國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)溫度一時(shí)間曲線(xiàn)，如RABT、RWS、HC標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)等。以HC標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)為例，實(shí)際試驗(yàn)表明本試驗(yàn)系統(tǒng)能夠較好的模擬。權(quán)利要求1.一種環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的高溫力學(xué)性能試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)時(shí)所述的環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系(4)軸線(xiàn)向上，其特征是包括以下部分基座及襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)邊界模擬子系統(tǒng)，主要包括環(huán)形支撐基座(11)和地層抗力模擬裝置(12)，所述襯砌結(jié)構(gòu)體系(4)平放在支撐基座(11)上；隔熱保溫子系統(tǒng)，主要包括耐火底板(5)、隔熱蓋板(10)和隔熱擋板(6)，所述耐火底板(5)位于支撐基座(11)的內(nèi)部、襯砌結(jié)構(gòu)體系(4)的下面，所述隔熱蓋板(10)蓋在襯砌結(jié)構(gòu)體系(4)的上面，所述隔熱擋板(6)位于襯砌結(jié)構(gòu)體系(4)的內(nèi)部并與襯砌結(jié)構(gòu)體系(4)的軸線(xiàn)平行，隔熱擋板(6)與襯砌結(jié)構(gòu)體系(4)內(nèi)壁之間設(shè)有隔熱纖維(9)，所述隔熱擋板(6)上設(shè)有燃燒器安裝孔(7)；火災(zāi)熱環(huán)境模擬子系統(tǒng)，主要包括燃燒器控制臺(tái)(1)，燃燒器(2)，液化氣及空氣供應(yīng)設(shè)備(3)，燃燒器(2)安裝于隔熱擋板(6)上的燃燒器安裝孔(7)內(nèi)；加載子系統(tǒng)，主要包括液壓站及控制臺(tái)(13)，X向加載千斤頂(14)，Y向加載千斤頂(15)，加載反力框架(16)，所述加載反力框架(16)為四邊形，套在襯砌結(jié)構(gòu)體系(4)的外面，所述X向加載千斤頂(14)和Y向加載千斤頂(15)分別設(shè)置加載反力框架(16)的四邊與襯砌結(jié)構(gòu)體系(4)之間；測(cè)量子系統(tǒng)，主要包括X向測(cè)力傳感器(17)，Y向測(cè)力傳感器(18)，爐內(nèi)溫度傳感器(19)，襯砌結(jié)構(gòu)體系的參數(shù)測(cè)量裝置(20)、土體溫度傳感器(21)；數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)(23)，主要包括上位計(jì)算機(jī)以及與之相連接的數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器與測(cè)量子系統(tǒng)相連接；襯砌結(jié)構(gòu)熱邊界模擬子系統(tǒng)(24)，主要由土體(242)及擋土板(241)組成，所述擋土板(241)套在襯砌結(jié)構(gòu)體系(4)的外面，所述土體(242)填充于擋土板(2411)與襯砌結(jié)構(gòu)體系(4)之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的高溫力學(xué)性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述耐火底板(5)由下層的耐火磚墊層和上層的耐火纖維墊板構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的高溫力學(xué)性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述隔熱蓋板(10)由外層鋼板和內(nèi)層耐火纖維組合而成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的高溫力學(xué)性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述襯砌結(jié)構(gòu)體系(4)與支撐基座(11)之間墊有細(xì)鋼棒(26)和柔軟的耐火纖維(25)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的高溫力學(xué)性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述地層抗力模擬裝置(12)由彈簧構(gòu)成，設(shè)置在X向加載千斤頂(14)或Y向加載千斤頂(15)與襯砌結(jié)構(gòu)體系(4)之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形隧遒襯砌結(jié)構(gòu)體系的高溫力學(xué)性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述襯砌結(jié)構(gòu)體系的參數(shù)測(cè)量裝置(20)包括溫度、變形、曲率、接頭張角及內(nèi)力傳感器。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種環(huán)形隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的高溫力學(xué)性能試驗(yàn)系統(tǒng)，包括以下七個(gè)部分火災(zāi)熱環(huán)境模擬子系統(tǒng)；隔熱保溫子系統(tǒng)；基座及襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)邊界模擬子系統(tǒng)；加載子系統(tǒng)；測(cè)量子系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；襯砌結(jié)構(gòu)熱邊界模擬子系統(tǒng)。本試驗(yàn)系統(tǒng)能夠較好的模擬隧道火災(zāi)特點(diǎn)(升溫速度快、達(dá)到的最高溫度高)及多種隧道火災(zāi)場(chǎng)景；能夠模擬隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的熱邊界條件及周?chē)馏w、地下水對(duì)構(gòu)件的影響；能夠模擬地層抗力對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)體系的影響；能夠?qū)σr砌結(jié)構(gòu)體系施加多種荷載—溫度工況；能夠?qū)σr砌結(jié)構(gòu)體系施加不同的位移邊界條件。本發(fā)明安全可靠，便于操作，故障率低，能夠勝任隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系高溫時(shí)(高溫后)力學(xué)性能試驗(yàn)的要求。文檔編號(hào)G01N19/00GK101131343SQ20061003045公開(kāi)日2008年2月27日申請(qǐng)日期2006年8月25日優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日發(fā)明者丁文其,堅(jiān)姚,健強(qiáng),曾令軍,朱合華,閆治國(guó)申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)