一种管片接头的抗弯试验装置及方法

摘要

一种管片接头的抗弯试验装置，包括左反力架、右反力架、填充垫块、多组施力机构、液压加载系统和电气控制系统；其中，左反力架和右反力架相对安置且结构对称相同，填充垫块分别塞置于管片接头的两侧与左反力架和右反力架之间，将管片接头夹固于左反力架与右反力架之间，多组施力机构分布于管片接头的两侧方，连接左反力架和右反力架且施加向内的纵向拉力，液压加载系统和电气控制系统控制该多组施力机构对左反力架和右反力架加载形成对管片接头处的弯矩其中，Ni为各施力机构的纵向拉力，Li为各施力机构与管片接头的横向距离，I为施力机构的数量。本发明具有结构简单、适应性强、精确度高的优点，适用于各种管片各种工况下的管片接头抗弯试验，尤其能够胜任大弯矩下管片接头的抗弯试验。

权利要求

1.一种管片接头的抗弯试验装置，其特征在于：所述抗弯试验装置包括左反力架、右反力架、填充垫块、多组施力机构、液压加载系统和电气控制系统；所述左反力架和右反力架相对安置且结构对称相同，所述填充垫块分别塞置于所述管片接头的两侧与所述左反力架和右反力架之间，以将该管片接头夹固于所述左反力架与右反力架之间，所述多组施力机构的数量为I组，分布于所述管片接头的两侧方，该多组施力机构连接所述左反力架和右反力架且对该左反力架和右反力架施加向内的纵向拉力，各施力机构的纵向拉力为Ni，各施力机构与所述管片接头的横向距离为Li，所述液压加载系统和电气控制系统分别连接各施力机构并控制该多组施力机构对所述左反力架和右反力架加载形成对所述管片接头处的弯矩M：其中，M为管片接头处的弯矩，

Ni为各施力机构的纵向拉力，

Li为各施力机构与管片接头的横向距离，

I为施力机构的数量。

2.根据权利要求1所述的管片接头的抗弯试验装置，其特征在于：每一组所述施力机构包括拉杆、液压油缸和推进关节轴承，所述拉杆沿纵向贯穿所述左反力架和右反力架，所述推进关节轴承设置于所述右反力架的右侧且将所述拉杆的右端固定于所述右反力架上，所述液压油缸设置于所述左反力架的左侧且连接所述拉杆的左端，该液压油缸通过所述拉杆对所述左反力架和右反力架施加纵向拉力Ni。

3.一种通过权利要求2所述管片接头的抗弯试验装置实现的抗弯试验方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1)安装好所述管片接头的抗弯试验装置及管片接头；

2)在管片表面的有关位置安装所需的传感器设备，并接入信号采集系统；

3)按照试验方案通过所述多组施力机构对所述管片接头加载，同时传感器设备同步采集各项数据，进行管片接头的抗弯试验装置；

4)试验结束后将多组施力机构卸载。

4.根据权利要求3所述的抗弯试验方法，其特征在于：通过改变施力机构的数量I、各施力机构与管片接头的横向距离Li或各施力机构的纵向拉力Ni来实现管片接头处的不同的弯矩M，以满足各种管片接头抗弯试验的需要。

5.根据权利要求3所述的抗弯试验方法，其特征在于：通过改变所述填充垫块的大小或厚度适应不同厚度的管片接头的抗弯试验。

6.根据权利要求3所述的抗弯试验方法，其特征在于：通过改变所述填充垫块的形状适应带弧度管片的管片接头的抗弯试验。

7.根据权利要求3所述的抗弯试验方法，其特征在于：通过改变所述拉杆的长度适应不同长度的管片接头的抗弯试验。

说明书

一种管片接头的抗弯试验装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种力学性能试验装置，具体涉及一种管片接头的抗弯试验装置及方法，属于检测技术领域。

背景技术

[0002] 隧道工程中，实际工程和结构的原型尺寸一般较大且较为复杂，其力学性能和受力机理往往无法通过对结构直接进行研究而获得，而必须采用模型试验，即：借助于模型，根据相似原理和相似准则进行试验，从而得到结构的各项数据和性能，为隧道的设计和施工提供试验依据。隧道结构在施工中由于构造以及施工技术等原因存在管片接头，管片接头的连接方式有多种，通常采用的有螺栓接头、无连接件接头、插入式接头、销插式接头以及一些其他的连接形式。管片接头为隧道的薄弱部位，通过试验得到其基本受力性能和极限承载力，就显得尤为重要。

[0003] 隧道管片在外侧水土压力的作用下会产生环向轴压力和弯矩。对管片接头力学性能进行试验时，通常会采用在距离管片接头一定偏心距的一侧表面位置处加一集中的荷载轴力，在管片接头处产生弯矩的方式，从而来模拟管片接头处受到轴力和弯矩作用的情况。然而，当管片尺寸较大或弯矩较大时，荷载就需要一个很大的力，这对于加载反力装置有很高的要求；此外盾构管片往往有一定弧度，由盾构管片两端加载试验力时，很难保证偏心距对接头处的截面中心为一理想值，从而导致试验加载情况与盾构管片接头的实际受力情况存在一定偏差，影响了试验结果的可靠度。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是，克服现有管片接头抗弯试验装置试验结果不可靠、适应范围不广的缺陷，提供一种管片接头的抗弯试验装置及方法，采用偏心加轴力的方法实现弯矩加载，并通过改变不同偏心距上的加载力实现对轴力与弯矩的控制，从而能够很好的模拟不同工况下管片上所受的加载负荷，提高试验的准确性和抗弯试验装置的工况适应范围。

[0005] 本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的：

[0006] 一种管片接头的抗弯试验装置，包括左反力架、右反力架、填充垫块、多组施力机构、液压加载系统和电气控制系统；所述左反力架和右反力架相对安置且结构对称相同，所述填充垫块分别塞置于所述管片接头的两侧与所述左反力架和右反力架之间，以将该管片接头夹固于所述左反力架与右反力架之间，所述多组施力机构的数量为I组，分布于所述管片接头的两侧方，该多组施力机构连接所述左反力架和右反力架且对该左反力架和右反力架施加向内的纵向拉力，各施力机构的纵向拉力为Ni，各施力机构与所述管片接头的横向距离为Li，所述液压加载系统和电气控制系统分别连接各施力机构并控制该多组施力机构对所述左反力架和右反力架加载形成对所述管片接头处的弯矩M：

[0007]

[0008] 其中，M为管片接头处的弯矩，

[0009] Ni为各施力机构的纵向拉力，

[0010] Li为各施力机构与管片接头的横向距离(数值具有正负，位于管片两侧的距离值的正负相反)，

[0011] I为施力机构的数量。

[0012] 作为进一步改进，每一组所述施力机构包括拉杆、液压油缸和推进关节轴承，所述拉杆沿纵向贯穿所述左反力架和右反力架，所述推进关节轴承设置于所述右反力架的右侧且将所述拉杆的右端固定于所述右反力架上，所述液压油缸设置于所述左反力架的左侧且连接所述拉杆的左端，该液压油缸通过所述拉杆对所述左反力架和右反力架施加纵向拉力Ni。

[0013] 本发明的另一技术方案为：

[0014] 一种通过上述抗弯试验装置实现的管片接头的抗弯试验方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

[0015] 1)安装好所述管片接头的抗弯试验装置及管片接头；

[0016] 2)在管片表面的有关位置安装所需的传感器设备，并接入信号采集系统；

[0017] 3)按照试验方案通过所述多组施力机构对所述管片接头加载，同时传感器设备同步采集各项数据，进行管片接头的抗弯试验装置；

[0018] 4)试验结束后将多组施力机构卸载。

[0019] 作为进一步改进，所述步骤1)包括以下具体步骤：

[0020] 1-1，将左反力架和右反力架相对地放至于水平的地面上，该左反力架和右反力架与地面之间安装可自由滑动的滚动盘；

[0021] 1-2，在左反力架与右反力架之间的地面上安装可自由滑动的滚动盘；

[0022] 1-3，将两片管片对接地放置于两反力架之间的滚动盘上，形成管片接头；

[0023] 1-4，将四块填充垫块塞入管片与各反力架之间的间隙中；

[0024] 1-5，将拉杆穿入左反力架和右反力架的预留孔中；

[0025] 1-6，通过推进关节轴承将拉杆的右端固定于右反力架上，在左反力架的左侧和拉杆的左端连接液压油缸；

[0026] 1-7，在各施力机构上连接液压加载系统，并接入电气控制系统。

[0027] 作为进一步改进，通过改变施力机构的数量I、各施力机构与管片接头的横向距离Li或各施力机构的纵向拉力Ni来实现管片接头处的不同的弯矩M，以满足各种管片接头抗弯试验的需要。

[0028] 作为进一步改进，通过改变所述填充垫块的大小或厚度适应不同厚度的管片接头的抗弯试验。

[0029] 作为进一步改进，通过改变所述填充垫块的形状适应带弧度管片的管片接头的抗弯试验。

[0030] 作为进一步改进，通过改变所述拉杆的长度适应不同长度的管片接头的抗弯试验。

[0031] 与现有管片接头抗弯试验装置相比较，本发明取得了如下有益的技术效果：

[0032] 1、本发明改变了传统的弯矩集中加载的方式，采用在管片两侧不同距离Li处均衡加轴力Ni，合成产生弯矩M，使试验加载情况与盾构管片接头的实际受力情况更加逼近，提高了试验的准确性。

[0033] 2、本发明可以通过改变Li及Ni的大小，改变管片接头处弯矩的大小，从而能够覆盖更大范围的轴力和弯矩的施加，满足各种工况试验的要求，扩大了抗弯试验装置的适应范围。

[0034] 3、本发明无需在管片表面施加产生弯矩的集中荷载，管片表面露出位置较大，可以便于安装各种传感器及信号采集设备，更好的获得各项试验数据。

[0035] 4、本发明可以通过改变填充垫块的大小、厚度和形状，以适应不同厚度、形状管片的接头抗弯试验。

[0036] 5、本发明可以通过改变拉杆的长度，以适应不同长度管片的接头抗弯试验。

[0037] 6、本发明还可以将两套装置叠加使用，进行不同宽度管片、多环管片的接头试验。

[0038] 总之，通过本发明进行管片接头抗弯试验，可以不受管片尺寸和形状的限制，并最小范围的占用管片表面，能更精确的进行管片数据采集，对于较大轴力或较大弯矩工况下的管片接头试验，依然可以轻松完成。本发明具有结构简单、适应性强、精确度高的优点，能够适用于各种管片各种工况下的管片接头抗弯试验，尤其能够胜任大弯矩下管片接头的抗弯试验。

附图说明

[0039] 图1为本发明的结构示意图。

[0040] 图2为本发明的荷载施加示意图。

[0041] 图3为本发明的使用状态图。

具体实施方式

[0042] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

[0043] 首先请参阅图1本发明实施例的结构示意图，图示管片接头的抗弯试验装置包括左反力架1、右反力架2、四件填充垫块3、八组施力机构、液压加载系统和电气控制系统。

[0044] 所述左反力架1和右反力架2相对安置，并两者结构相同且对称；在所述左反力架1和右反力架2上与中心不同距离处设有多个预留孔。两片管片G设置于该左反力架1与右反力架2之间，该两片管片G对接形成所述管片接头。四件填充垫块3分别塞置于所述管片接头的两侧与所述左反力架1和右反力架2之间，两填充垫块3设于一管片G的两侧，分别填充于该管片G与所述左反力架1和右反力架2之间，另外两填充垫块3设于另一管片G的两侧，分别填充于该管片G与所述左反力架1和右反力架2之间，从而所述填充垫块3将所述管片接头夹固于所述左反力架1与右反力架2之间。

[0045] 所述施力机构的数量为8组，分布于所述管片接头的两侧方，该8组施力机构连接所述左反力架1和右反力架2，对该左反力架1和右反力架2施加向内的纵向拉力Ni，各施力机构与所述管片接头的横向距离为Li，其中，i＝1，2，3…，8；此处，横向距离的数值具有正负，位于管片两侧的距离值的正负相反。请参阅图2，本实施例中，L1＝L2＝L1(正值)，N1＝N2＝N1；L3＝L4＝L2(正值)，N3＝N4＝N2；L5＝L6＝L3(负值)，N5＝N6＝N3；L7＝L8＝L4(负值)，N7＝N8＝N4。

[0046] 请参阅图1，每一组所述施力机构包括拉杆4、液压油缸6和推进关节轴承5。所述拉杆4沿纵向贯穿所述左反力架1和右反力架2的对应的预留孔；所述推进关节轴承5设置于所述右反力架2的右侧且将所述拉杆4的右端固定于所述右反力架2上；所述液压油缸6设置于所述左反力架1的左侧且连接所述拉杆4的左端，该液压油缸6通过所述拉杆4对所述左反力架1和右反力架2施加纵向拉力Ni。

[0047] 所述液压加载系统和电气控制系统分别连接各施力机构并控制该多组施力机构(图中未示出)，该多组施力机构对所述左反力架1和右反力架2加载，并且对所述管片接头处形成弯矩M：

[0048]

[0049] 其中，M为管片接头处的弯矩，

[0050] Ni为各施力机构的纵向拉力，

[0051] Li为各施力机构与管片接头的横向距离(数值具有正负，位于管片两侧的距离值的正负相反)，

[0052] I为施力机构的数量，本实施例中，I＝8。

[0053] 本发明所述管片接头的抗弯试验方法包括如下步骤：

[0054] 1)安装好所述管片接头的抗弯试验装置及管片接头。安装步骤如下：

[0055] 1-1，根据试验管片G的大小，将左反力架1和右反力架2相对地定位放至于水平的地面上，该左反力架1和右反力架2与地面之间安装可自由滑动的滚动盘。

[0056] 1-2，在左反力架1与右反力架2之间的地面上同样安装可自由滑动的滚动盘。

[0057] 1-3，将两片管片G对接地放置于两反力架之间的滚动盘上，形成管片接头。

[0058] 1-4，将四块填充垫块3塞入管片G与各反力架之间的间隙中；即，两填充垫块3设于一管片G的两侧，分别填充于该管片G与所述左反力架1和右反力架2之间，另外两填充垫块3设于另一管片G的两侧，分别填充于该管片G与所述左反力架1和右反力架2之间，从而四填充垫块3将所述管片接头夹固于所述左反力架1与右反力架2之间。

[0059] 1-5，将8根拉杆4分别穿入左反力架1和右反力架2对应的预留孔中。

[0060] 1-6，通过推进关节轴承5将每一拉杆4的右端固定于右反力架2上，在左反力架1的左侧和每一拉杆4的左端连接液压油缸6。

[0061] 1-7，在各施力机构上连接液压加载系统(液压油管及泵站)，并接入电气控制系统。

[0062] 安装完成后如图1所示。

[0063] 2)在管片表面所需的有关位置安装所需的传感器设备，包括应变片、表面应变计、位移计、表面接缝计，并接入信号采集系统。

[0064] 3)按照试验方案通过所述多组施力机构对所述管片接头加载，同时传感器设备同步采集各项数据，进行管片接头的抗弯试验装置；

[0065] 4)试验结束后将多组施力机构卸载。

[0066] 本发明能够通过改变施力机构的数量I、各施力机构与管片接头的横向距离Li或各施力机构的纵向拉力Ni来实现管片接头处的不同的弯矩M，以满足各种管片接头抗弯试验的需要。

[0067] 本发明还能够通过改变所述填充垫块3的大小或厚度适应不同厚度的管片接头的抗弯试验。

[0068] 本发明还能够通过改变所述填充垫块3的形状适应带弧度管片的管片接头的抗弯试验，可参阅图3。

[0069] 本发明还能够通过改变所述拉杆4的长度适应不同长度的管片接头的抗弯试验。

[0070] 本发明还可以将两套装置叠加使用，进行不同宽度管片、多环管片的接头试验。

[0071] 上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的保护范围，凡依本发明的内容范围所作的等效变化与改进，都应视为本发明所要求保护的范畴。