用于模拟混凝土管廊的镁合金模型的制作方法与流程

本发明属于岩土工程实验技术领域，更具体地，涉及一种用于模拟混凝土管廊的镁合金模型的制作方法。

背景技术：

岩土工程常需要先对预应力进行模拟。但是，对大型设备进行试验，极其浪费材料，并且试验设备难以加工制造。将混凝土材料制成微小的模型，进行微型土工离心机试验，对试验模型尺寸精度的要求太高，实际操作过于困难。因此，现有技术中亟需一种能够模拟试验用混凝土材料进行混凝土管廊预应力试验的技术方案。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种制作与需模拟的混凝土材料的杨氏模量相同的镁合金材料模型，降低模型制作和拼装的尺寸误差的用于模拟混凝土管廊的镁合金模型的制作方法。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：

用于模拟混凝土管廊的镁合金模型的制作方法，包括以下步骤：

(一)确定制作材料：选取杨氏模量与待模拟管廊的混凝土材料的杨氏模量相同的镁合金材料；

(二)设计管廊模型：设计管廊模型所需的管节数量和每个管节及其内凹部和外凸部的形状尺寸；

(三)加工管节：按照步骤(二)中设计的管节数量和每个管节的形状尺寸参数加工出管节；

(四)打孔：在加工出的管节端面的四个端角处钻出连接孔；

(五)贴密封垫：在相邻两节管节之间粘贴用于止水密封的密封垫；

(六)组装管廊模型：将管节的外凸部插入相邻管节的内凹部，使各个管节依次首尾相连；

(七)穿入钢丝：将钢丝从最前端的管节的连接孔穿入，并从最后端的管节的连接孔穿出，然后用卡扣扣在紧贴最前端和最后端的管节的连接孔的位置，从而固定住钢丝；

(八)施加预应力：通过在钢丝的末端悬挂砝码，来给管廊模型施加与砝码的重力大小相同的预应力。

所述钢丝的直径比所述连接孔的直径小0.05mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：制作杨氏模量与待模拟混凝土管廊相等或近似的镁合金模型，使模型材料的等于实际混凝土管廊的杨氏模量，并用在钢丝上挂砝码的方式对管廊模型施加预应力，实现了对实际混凝土管廊所受预应力的模拟。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的侧视图。

附图标记：1-管节，2-连接孔，3-钢丝，4-密封垫，5-卡扣，6-内凹部，7-外凸部。

具体实施方式

如图1-2所示，采用下列制作方法制作用于模拟混凝土管廊预应力的镁合金模型，包括以下步骤：

(一)确定制作材料：选取杨氏模量与待模拟管廊的混凝土材料的杨氏模量相同的镁合金材料，在本实施例中，采用az31b型镁合金，杨氏模量为43.4gpa，与c45标号混凝土近似相等，可以很好地模拟c45标号混凝土材料，在工程应用中满足精度的要求；

(二)设计管廊模型：设计管廊模型所需的管节1数量和每个管节1及其内凹部6和外凸部7的形状尺寸；在本实施例中，每一个管节都为设计立方体形状，长、宽、高的尺寸依次为20mm、18mm和16mm，立方体内对称开设有两个立方体结构的空腔，每个空腔的长、宽、高尺寸依次为6mm、4mm和16mm，即高的方向为管节1的开口方向，管节1的一端的外凸部7高2.5mm，长、宽、高的尺寸依次为18mm、16mm和14mm，因而，与之相契合的内凹部6设计为壁厚0.5mm；

(三)加工管节：使用数控机床，按照步骤二中设计的管节1数量和每个管节1的形状尺寸参数加工出管节1的实物，在本实施例中，需要加工4个管节1；

(四)打孔：使用精雕机在加工出的管节1端面的四个端角处钻出连接孔2，连接孔2为通孔，直径0.3mm；

(五)贴密封垫：在相邻两节管节1之间粘贴用于止水密封的密封垫4，本实施例中采用橡胶圈，尺寸与内凹部6的外缘的形状尺寸相适应，前一管节1的外凸部7刚好能够插入后一管节1的内凹部6，两个相邻管节1的接触处由橡胶圈实现防水功能；

(六)组装管廊模型：将管节1的外凸部7插入相邻管节1的内凹部6，使各个管节1依次首尾相连；

(七)穿入钢丝：钢丝3采用直径0.25mm的不锈钢丝，将其从最前端的管节1的连接孔2穿入，并从最后端的管节1的连接孔2穿出，然后用卡扣5扣在紧贴最前端和最后端的管节1的连接孔2的位置，在本实施例中，卡扣5采用，将不锈钢丝穿过8字锁扣，再用老虎钳夹紧8字锁扣使其变形后紧紧夹住不锈钢丝，从而使不锈钢丝不能沿连接孔2的孔径方向移动；

(八)施加预应力：通过在钢丝3的末端悬挂砝码，来给管廊模型施加与砝码的重力大小相同的预应力。

例如，需要模拟10n的预应力的情况，就在钢丝的末端悬挂重量为10n的砝码，给镁合金模型施加10n的预应力，进行模拟混凝土管廊收到10n预应力的试验。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.用于模拟混凝土管廊的镁合金模型的制作方法，其特征是，包括以下步骤：

(一)确定制作材料：选取与待模拟管廊的混凝土材料的杨氏模量相同的镁合金材料；

(二)设计管廊模型：设计管廊模型所需的管节(1)数量和每个管节(1)及其内凹部(6)和外凸部(7)的形状尺寸；

(三)加工管节：按照步骤(二)中设计的管节(1)数量和每个管节(1)的形状尺寸参数加工出管节(1)；

(四)打孔：在加工出的管节(1)端面的四个端角处钻出连接孔(2)；

(五)贴密封垫：在相邻两节管节(1)之间粘贴用于止水密封的密封垫(4)；

(六)组装管廊模型：将管节(1)的外凸部(7)插入相邻管节(1)的内凹部(6)，使各个管节(1)依次首尾相连；

(七)穿入钢丝：将钢丝(3)从最前端的管节(1)的连接孔(2)穿入，并从最后端的管节(1)的连接孔(2)穿出，然后用卡扣(5)扣在紧贴最前端和最后端的管节(1)的连接孔(2)的位置，从而固定住钢丝(3)；

(八)施加预应力：通过在钢丝(3)的末端悬挂砝码，来给管廊模型施加与砝码的重力大小相同的预应力。

2.根据权利要求1所述的用于模拟混凝土管廊的镁合金模型的制作方法，其特征是，所述钢丝(3)的直径比所述连接孔(2)的直径小0.05mm。

技术总结
本发明提供了一种用于模拟混凝土管廊的镁合金模型的制作方法，包括以下步骤：(一)确定制作材料，即选取杨氏模量与待模拟管廊的混凝土材料的杨氏模量相同的镁合金材料；(二)设计管廊模型；(三)加工管节；(四)打孔；(五)贴密封垫；(六)组装管廊模型；(七)穿入钢丝；(八)施加预应力。本发明通过制作杨氏模量与待模拟混凝土管路相等或近似的镁合金模型，使模型材料的等于实际混凝土管廊的杨氏模量，并用在钢丝上挂砝码的方式对管廊模型施加预应力，实现了对实际混凝土管路所受预应力的模拟。

技术研发人员：宋欣欣;史志利;刁钰;高天成;李国金;李海新
受保护的技术使用者：天津市市政工程设计研究院
技术研发日：2020.01.23
技术公布日：2021.07.23