[发明专利]一种可对管片进行大型足尺试验的反力井加载装置及方法

权利要求书

1.一种可对管片进行大型足尺试验的反力井加载装置，其特征在于：包括控制室(1)、油泵室(7)、第一预埋矩形管(9)、第二预埋矩形管(11)和下沉井系统(12)；控制室(1)和油泵室(7)间隔着第一宽沟槽(3)，控制室(1)内设有第一电控柜(2)和控制台(4)，油泵室(7)内设有伺服油泵(5)和第二电控柜(6)，电控柜与伺服油泵(5)相连，油泵室(7)下边连接管沟(8)和第二宽沟槽(10)，控制室(1)和油泵室(7)与下沉井系统(12)之间分别设有第一预埋矩形管(9)和第二预埋矩形管(11)；伺服油泵(5)包括油箱(31)，油箱(31)包括油泵(32)和滤芯(33)，且油箱(31)布置有油箱盖板支架网(30)，油泵(32)和滤芯(33)通过管道相通；下沉井系统(12)包括反力井、管片、水平加载装置(13)、竖向加载装置和辅助安装支架；水平加载装置(13)设于反力井内壁与管片之间，水平加载装置(13)包括反力井连接板(14)、T型槽(15)、水平加载油缸(16)、分配梁(21)和加载滚子(22)；水平加载装置(13)主要由若干台水平加载油缸(16)组成，分上、中、下三层呈360度分布，每层各均匀布设若干台水平加载油缸(16)；水平加载油缸(16)可沿T型槽(15)上下移动；每个伺服油泵(5)分别带动一个水平加载油缸(16)；反力井内壁安装有辅助安装支架，辅助安装支架包括爬梯(34)、爬梯活板和撑杆(37)；反力井上设有吊拉装置，吊拉装置连接水平加载油缸(16)，吊拉装置包括油缸吊梁(39)、导轨(40)、吊梁滑车(41)和手拉葫芦(42)；竖向加载装置设于管片的上方，竖向加载装置包括竖向加载立柱(43)、竖向加载横梁(45)、油缸吊挂板(46)、竖向加载油缸(48)和地槽(50)，竖向加载立柱(43)底部固定在地槽(50)内；反力井底部放置防水垫层；反力井连接板(14)连接在反力井内壁上，反力井连接板(14)通过T型槽(15)连接水平加载油缸(16)；水平加载油缸(16)前端设置活动铰板(17)、分配梁(21)；活动铰板(17)和分配梁(21)连接；加载滚子(22)通过槽孔(23)与分配梁(21)相连，加载滚子(22)贴合管片。

2.根据权利要求1所述的可对管片进行大型足尺试验的反力井加载装置，其特征在于：第一宽沟槽(3)的宽度为第二宽沟槽(10)的一半。

3.根据权利要求1所述的可对管片进行大型足尺试验的反力井加载装置，其特征在于：第一预埋矩形管(9)的数量较第二预埋矩形管(11)多，第二预埋矩形管(11)和第一预埋矩形管(9)的顶面与地面平齐，第一预埋矩形管(9)和第二预埋矩形管(11)的顶边分别伸进第一宽沟槽(3)和第二宽沟槽(10)进行切槽。

4.根据权利要求1所述的可对管片进行大型足尺试验的反力井加载装置，其特征在于：控制室(1)和油泵室(7)分别通过第一预埋矩形管(9)和第二预埋矩形管(11)连接下沉井系统(12)，其中油泵室(7)与第二预埋矩形管(11)之间设置第二宽沟槽(10)。

5.根据权利要求1所述的可对管片进行大型足尺试验的反力井加载装置，其特征在于：伺服油泵(5)包括回油过滤器(26)、循环过滤泵组(27)、伺服泵组(28)、控制输出阀组(29)和油箱(31)。

6.根据权利要求1所述的可对管片进行大型足尺试验的反力井加载装置，其特征在于：爬梯(34)与爬梯活板之间活动连接，撑杆(37)两端分别连接爬梯(34)和爬梯活板，爬梯活板、撑杆(37)与爬梯(34)形成三角结构。

7.根据权利要求1所述的可对管片进行大型足尺试验的反力井加载装置，其特征在于：反力井顶部固定有油缸吊梁(39)，油缸吊梁(39)下部设有导轨(40)，导轨(40)下部的吊梁滑车(41)通过手拉葫芦(42)连接水平加载油缸(16)。

8.根据权利要求1所述的可对管片进行大型足尺试验的反力井加载装置，其特征在于：竖向加载横梁(45)连接在竖向加载立柱(43)顶部，油缸吊挂板(46)设在竖向加载横梁(45)上，油缸吊挂板(46)下部连接竖向加载油缸(48)。

9.一种如权利要求1所述的可对管片进行大型足尺试验的反力井加载装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)预埋仪器：管片拼装前先预埋测试仪器，测试仪器包括钢筋应变计、高精度箔式应变片、混凝土内埋式应变传感器和表面应变传感器，之后将管片在反力井中进行拼装，拼装后在管片环内外贴上应变片以及相应测试仪器；钢筋应变计及高精度箔式应变片呈均匀分布，其中钢筋应变计安装在内外主筋上，高精度箔式应变片分别分布在钢筋应变计所在高度的管片的内外弧面，两者沿着管片高度分三次布设；混凝土内埋式应变传感器和表面应变传感器布设在钢筋应变计及高精度箔式应变片旁侧，混凝土内埋式应变传感器沿管片高度分两次布设，与钢筋应变计位于同一高度处，表面应变传感器分布在管片中线处，内外弧面均布设；

2)试验场地和管片拼装：将水平加载装置放置在反力井中，反力井周边布置锚板，水平加载装置主要由若干台水平加载油缸组成，分上、中、下三层呈360度分布，每层各均匀布设若干台水平加载油缸；管片在反力井中进行通缝或错缝拼装，利用对应数量的千斤顶对地铁隧道结构施加外围压力，来模拟隧道结构承受的真实水土压力，研究其受力变形性能；

3)加载装置：根据试验室现场条件采用伺服油泵分别带动水平加载油缸，每个伺服油泵分别带动一个水平加载油缸；根据所用作动器的数量不同，电液伺服加载系统作单通道、多通道伺服同步协调加载系统；

4)算出隧道的初始围压，在研究周围基坑开挖卸载工况下对盾构隧道的影响；

5)加载方案：首先将荷载分成对应若干组，从0KN开始加载，加到每一点所对应的初始围压；加载至初始围压后，每组千斤顶开始进行卸载；每组荷载进行加载时，每次停留5-20min；

6)数据采集：根据高精度箔式应变片、混凝土内埋式应变传感器、表面应变传感器和钢筋应变计测出钢筋应力和混凝土应力；螺栓经过加工，在接缝面所对应位置开凹槽，槽内贴应变片测出螺栓应力；裂缝综合测试仪和无线远距离结构裂缝检测系统测出纵缝张角并根据千斤顶移动的距离测出管片环位移；

7)预期结果：分析基坑侧壁应力释放系数β、基坑开挖对不同埋深的隧道以及基坑开挖对不同距离的旁侧隧道的影响；通过与理论分析和室内模型试验结果相对比，研究实际工程中基坑开挖对隧道造成的影响。