[发明专利]一种盾构管片密封垫循环荷载作用下防水性能退化测试装置及方法

权利要求书

1.一种盾构管片密封垫循环荷载作用下防水性能退化测试装置，其特征在于，包括：

尺寸相同的第一拱形管片段单元和第二拱形管片段单元，两个拱形管片段单元之间环向拼接形成测试用拱形管片段，其中，

所述第一拱形管片段单元包括管片试件A和管片试件B，管片试件A与管片试件B之间纵向连接；

所述第二拱形管片段单元包括管片试件C和管片试件D，管片试件C与管片试件D之间纵向连接；

所述管片试件A和管片试件B之间的纵向接缝内、所述管片试件C和管片试件D之间的纵向接缝内以及两个拱形管片段单元之间的环向接缝内均设有密封垫，不同管片试件所属密封垫的贴合面设有薄膜应变片，所述薄膜应变片通过屏蔽电缆线外接于采集分析仪；

所述测试用拱形管片段的环向两端设有环缝加载板；

所述测试用拱形管片段的纵向两端设有纵缝加载板；

所述环缝加载板和纵缝加载板外侧安装有千斤顶，千斤顶通过屏蔽电缆线外接于电子控制器。

2.根据权利要求1所述的盾构管片密封垫循环荷载作用下防水性能退化测试装置，其特征在于，所述管片试件A、管片试件B、管片试件C和管片试件D的材料均为C50标号的钢筋混凝土。

3.根据权利要求1所述的盾构管片密封垫循环荷载作用下防水性能退化测试装置，其特征在于，所述环缝加载板形状为U型，将所述测试用拱形管片段的环向侧面紧密包裹，起到限位和荷载传递的双重作用，材料为钢。

4.根据权利要求1所述的盾构管片密封垫循环荷载作用下防水性能退化测试装置，其特征在于，所述纵缝加载板接口形状为L型，与测试用拱形管片段的纵向折角紧密贴合，起到限位和荷载传递的双重作用，材料为钢。

5.根据权利要求1所述的盾构管片密封垫循环荷载作用下防水性能退化测试装置，其特征在于，所述密封垫为盾构管片接缝处的防水层，截面为多孔结构，位于管片试件预设的密封垫沟槽内，与管片试件紧密贴合，

密封垫截面满足以下要求：

密封垫沟槽的截面积大于或等于密封垫截面的截面积，其关系符合：

A=（1~1.15）A₀

式中，A为密封垫沟槽的面积，A₀为密封垫的面积。

6.根据权利要求5所述的盾构管片密封垫循环荷载作用下防水性能退化测试装置，其特征在于，所述密封垫材料为三元乙丙橡胶，邵尔硬度为55~65HA。

7.根据权利要求1所述的盾构管片密封垫循环荷载作用下防水性能退化测试装置，其特征在于，所述的薄膜应变片位于两块管片试件密封垫之间的界面处，为条状，与密封垫交界面紧密贴合，电阻值为120±1Ω，室温应变极限为20000，供电电压为3~10V，灵敏系数为2.1±2%。

8.根据权利要求1所述的盾构管片密封垫循环荷载作用下防水性能退化测试装置，其特征在于，所述环缝加载板外侧的千斤顶数量包括多个，多个千斤顶在环缝加载板外侧均匀间隔布置，每个千斤顶分别通过屏蔽电缆线外接于电子控制器；

所述纵缝加载板外侧的千斤顶数量包括多个，多个千斤顶在纵缝加载板外侧均匀间隔布置，每个千斤顶分别通过屏蔽电缆线外接于电子控制器。

9.一种基于权利要求1~8中任一所述盾构管片密封垫循环荷载作用下防水性能退化测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

将千斤顶分为2组，第一组为环缝加载板上的，其施加的力记为F1；第二组为纵缝加载板上的，其施加的力记为F2，在测试纵缝密封垫的性能时，要求纵缝加载板上的荷载为循环荷载，即，环缝加载板上的荷载为恒定荷载，通过电子控制器对千斤顶的加载模式进行控制，此时的加载模式F如下：

其中，A为盾构隧道设计荷载作用下的管片最不利截面轴力，在实验过程中取为850KN；

为加载角频率，依据加载频率f确定，两者关系为，在实验过程中取f=5Hz；

为加载时间，与实验要求的疲劳次数有关；

实验加载完毕后，采集薄膜应变片上的数据，得到密封垫上的接触应力P₀，为判断此时密封垫是否还具有防水能力，记外部水压为P_w：

当接触压力与水压满足式（1），认为在经过循环荷载作用下，密封垫可以防水，

（1）

式（1）中，P_W为设计水压，P₀为密封垫接触压力。