隧道襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)性狀模擬試驗裝置的加載設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道襯砌室內(nèi)模型模擬實驗設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種試驗中模擬隧道襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)性狀的試驗裝置用加載設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]室內(nèi)模型試驗一直以來是土木工程界的重要研宄手段，在隧道工程方面運用室內(nèi)模型試驗解決科學(xué)難題的成果也不斷增加，但在隧道襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)性狀的研宄方面，受限于隧道圍巖初始應(yīng)力場、隧道開挖、支護、預(yù)留變形量及應(yīng)力釋放控制等方面技術(shù)難以很好解決，隧道襯砌結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為研宄成果始終與實際情況容易產(chǎn)生較大偏差。但是隨著長、大、深隧道工程的不斷出現(xiàn)，作為隧道中的最大結(jié)構(gòu)物，隧道襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的深入研宄極為迫切。而在一般的隧道襯砌室內(nèi)試驗中，試驗設(shè)備主要為模型試驗箱，襯砌研宄受圍巖影響較大，而圍巖的離散性所帶來的研宄誤差始終未能得到很好解決，目前尚未出現(xiàn)一種設(shè)備能夠避開隧道圍巖模擬誤差來研宄襯砌結(jié)構(gòu)的力學(xué)性狀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了實現(xiàn)室內(nèi)模型試驗中隧道襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)性狀的模擬，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)對隧道襯砌的精確化加載，真實地模擬隧道襯砌結(jié)構(gòu)的受力和變形的隧道襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)性狀模擬試驗裝置的加載設(shè)備。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是在位移限制面板上設(shè)置隧道襯砌，在隧道襯砌的外表面沿徑向設(shè)置有加載機構(gòu)，加載機構(gòu)的另一端固定在外圍擋板上；
[0005]加載機構(gòu)是由墊片、彈簧和液壓千斤頂組成，墊片是沿著隧道襯砌的外壁設(shè)置，在墊片外壁沿徑向設(shè)置有彈簧，通過彈簧與液壓千斤頂連接，液壓千斤頂沿著隧道襯砌外表面的法向布置，且其缸筒固定在外圍擋板的內(nèi)壁。
[0006]上述位移限制面板的上表面加工有用于安裝隧道襯砌的限位槽，限位槽的槽形與隧道襯砌的輪廓相同。
[0007]上述外圍擋板內(nèi)壁上設(shè)置有加固構(gòu)件，所述加固構(gòu)件是沿著外圍擋板內(nèi)壁圓周設(shè)置的加固鋼圈，在加固鋼圈上還設(shè)置有豎向延伸的加強筋，一個加強筋與相鄰一個加強筋之間的間距是60?90cm。
[0008]上述一個液壓千斤頂沿著隧道襯砌的外表面法線方向設(shè)置。
[0009]上述墊片與襯砌的接觸面積是千斤頂端頭面積的3?4倍。
[0010]上述彈簧設(shè)置在墊片的中部，所述墊片設(shè)置在隧道襯砌的豎向中部位置。
[0011]上述位移限制面板的外邊緣與外圍擋板之間通過連接支撐連接固定。
[0012]本發(fā)明的隧道襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)性狀模擬試驗裝置的加載設(shè)備是通過液壓千斤頂加載、外圍擋板支護、位移限制面板固定組合，在確定隧道襯砌周邊受力情況后，實現(xiàn)了對隧道襯砌的精確化加載，可以對不同襯砌類型、不同襯砌厚度和不同受力情況等工況進行力學(xué)性狀模擬，很好地模擬隧道襯砌結(jié)構(gòu)的受力和變形，適用于研宄公路隧道和鐵路隧道的襯砌結(jié)構(gòu)在不同荷載等級、不同襯砌厚度及不同襯砌類型等工況下的力學(xué)性狀，將數(shù)控液壓千斤頂分布在隧道襯砌的關(guān)鍵位置，調(diào)節(jié)千斤頂壓力可滿足不同工況下襯砌所受壓力的變化需求，在關(guān)鍵位置對襯砌模型進行精確加載，為后期數(shù)據(jù)分析研宄帶來便利，而且位移限制面板上加工限位槽，限制了隧道襯砌模型底端在周邊作用力下的位移，避免了由于位移所產(chǎn)生的卸荷作用，保證襯砌模型加載準確，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，實用性強，操作方便，可有效模擬隧道襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)性狀變化，并且滿足不同襯砌類型和厚度需求，經(jīng)多次試驗驗證，能夠滿足室內(nèi)模型試驗要求。
【附圖說明】
[0013]圖1為實施例1的加載設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為圖1的加載機構(gòu)2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為圖1的加固構(gòu)件6的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步說明，但是本發(fā)明不僅限于下述的實施情形。
[0017]實施例1
[0018]如圖1所示，本實施例的隧道襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)性狀模擬試驗裝置的加載設(shè)備是由位移限制面板1、外圍擋板4、墊片2-1、彈簧2-2、液壓千斤頂2-3、連接支撐5、加固鋼圈6_2以及加強筋6-1連接構(gòu)成。
[0019]本實施例的位移限制面板I是一個直徑為150cm、厚度為3cm的圓鋼板，在位移限制面板I的上表面加工有限位槽，該限位槽的槽深為3cm，槽寬為6cm，槽形與公路隧道襯砌3的截面形狀即公路隧道襯砌3的輪廓相同，能夠?qū)⒐匪淼酪r砌3固定在限位槽中，限制了隧道襯砌3底端在周邊作用力下的位移，避免了由于位移所產(chǎn)生的卸荷作用，保證襯砌模型加載準確。該位移限制面板I的邊沿用螺紋緊固件固定安裝有連接支撐5，該連接支撐5沿著隧道襯砌3的徑向布置，并且在同一圓周上平均分布，連接支撐5的另一端固定在位移限制面板I外側(cè)的外圍擋板4底邊，將位移限制面板I與外圍擋板4固定。本實施例的公路隧道襯砌3選擇常規(guī)模型，其外輪廓線尺寸為寬1.18m，高0.96m。本實施例在公路隧道襯砌3的外壁上用強力膠粘結(jié)有15塊鋼制墊片2-1，每塊墊片2-1的長為30cm、寬為10cm，厚度為1cm，固定在公路隧道襯砌3的豎向中部，在每個墊片2_1的中心位置加工有一個圓柱形凸起，在該圓柱形凸起上套裝有高硬度的不銹鋼彈簧2-2，確保公路隧道襯砌3受力循序漸進，避免由于瞬間受力過大造成的模型失真破壞，彈簧2-2沿著公路隧道襯砌3的外表面法向延伸，在彈簧2-2的另一端通過連接件連接有液壓千斤頂2-3，即將彈簧2-2的另一端套裝在連接件上，連接件固定在液壓千斤頂2-3的端頭上，保證彈簧2-2與液壓千斤頂2-3可靠連接，該液壓千斤頂2-3也是沿著公路隧道襯砌3的外表面法向布置。為了避免加載接觸面積過小而產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，保證試驗效果好，確保數(shù)據(jù)可靠，本實施例選擇墊片2-1與襯砌的接觸面積是千斤頂端頭面積的3倍。液壓千斤頂2-3的缸筒通過連接件固定安裝在外圍擋板4的內(nèi)壁上，本實施例的外圍擋板4是個內(nèi)徑為200cm的圓環(huán)板，其高度為2cm，采用鋼板制成，液壓千斤頂2-3固定在外圍擋板4的中腰位置，參見圖2，液壓千斤頂2-3與彈簧2-2、墊片2-1組成了本實施例的加載機構(gòu)2，對公路隧道襯砌3施加荷載。
[0020]為了加強外圍擋板4的結(jié)構(gòu)強度，在外圍擋板4的外壁上焊接有加固構(gòu)件6，參見圖3，本實施例的加固構(gòu)件6是由加固鋼圈6-2和加強筋6-1，本實施例的加固鋼圈6-2是分別沿著外圍擋板4的外壁布設(shè)在不同高度的圓形鋼筋，其分別在外圍擋板4的1/3和2/3的高度位置，在加固鋼圈6-2上焊接有豎向的加強筋6-1，加強筋6-1沿著加固鋼圈6-2等間距分布，一個加強筋6-1與相鄰一個加強筋6-1之間的間距是60cm。
[0021]本實施例的隧道襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)性狀模擬試驗裝置的加載設(shè)備在使用時需要與模型測試儀器、千斤頂數(shù)控儀等設(shè)備配合使用，其具體的步驟是:
[0022]步驟一，參照公路隧道襯砌3選擇位移限制面板1，并設(shè)置與襯砌厚度一致的卡槽寬度；
[0023]步驟二，將位移限制面板1、外圍擋板4和液壓千斤頂2-3安裝在試驗平臺面板上，按照位移限制面板I上已標(biāo)出的襯砌加載關(guān)鍵位置安裝液壓千斤頂2-3，確保液壓千斤頂2-3方向與公路襯砌的外表面法線方向一致；<