钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置及使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地下工程支护材料试验领域，具体地说是一种钢管混凝土拱架套管节 点大偏心试验装置及使用方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济社会的发展，地下矿井、隧道、地铁、水电硐室等修建越来越多，更多 的工程处于恶劣地质条件，随之面临的支护问题也越来越突出。在常规锚网喷支护及工字 钢、U型钢支护无法满足要求的前提下，钢管混凝土拱架在工程中的应用越来越广泛，尤其 是当工程埋深、断面较大，或是处于某些软弱地层之中时，钢管混凝土拱架的优越性体现得 愈发明显。
[0003] 在钢管混凝土拱架的设计施工中，拱架套管节点的力学特性直接影响拱架的承载 力，并最终决定支护效果。然而，由于现有的偏心试验装置无法实现进行大偏心加载，且偏 心率仅能实现呈梯度变化而不是连续变化，同时试验装置缺少转角监测系统；而钢管混凝 土套管节点的转角将会很大，且需要大偏心荷载，所以目前的试验系统完全无法开展相应 试验，以至于目前缺乏此方面的试验研究，不能通过试验准确获取钢管混凝土拱架套管节 点的偏压力学特性，导致钢管混凝土套管节点偏压力学性能无法进行研究，支护设计、施工 缺乏依据。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验 装置及使用方法，该装置及使用方法能够实现加载的偏心率连续变化，同时可测得试件的 转角变化，进而为钢管混凝土拱架的设计提供参考依据。
[0005] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案包括:钢管混凝土拱架套管节点大偏心 试验装置，包括用于安装套管节点试件的一对加载滑道，所述加载滑道上下布置且相互平 行，加载滑道上设有滑块，所述滑块与加载压头相配合，加载压头通过滑块为套管节点试件 加压，滑块沿加载滑道移动以实现加载偏心距的调整;在加载滑道上安装有位移传感器以 检测套管节点试件的转角变化。
[0006] 进一步的技术方案为:所述加载滑道上沿其轴线方向设有贯通的T型槽，所述滑块 通过T型螺栓安装在加载滑道上。T型槽与T型螺栓配合的时候会对T型螺栓的头部形成限 位，因此，只需拧紧螺母即可将滑块的位置固定，T型螺栓的头部无需使用扳手操作，而如果 采用常规螺栓，则会因下端无法被扳手操控而导致连轴转，无法拧紧。
[0007] 进一步的技术方案为:所述滑块与加载压头相配合的面上设有V型槽，加载压头伸 入V型槽内。加载压头的形状为刀形，在滑块上设置V型槽与加载压头的形状相配合，使两者 的配合更加稳固。
[0008] 为了给套管节点试件发生较大变形时留出变形空间，进一步的技术方案为:所述 加载压头与V形槽的一侧紧密贴合，另一侧存在空隙。
[0009] 进一步的技术方案为:所述的位移传感器为拉线式位移计，在其中一个加载滑道 的两端分别安装拉线式位移计。拉线式位移计设有拉线端头，将拉线端头固定到其相对的 加载滑道的端部，试验时，实时采集两拉线式位移计的数据，从而可通过数学运算，得到套 管节点试件两端截面的相对转角。
[0010] 进一步的技术方案为：与上方的滑块相配合的加载压头与液压油缸相连接，与下 方的滑块相配合的加载压头安装在试验台底座上。加载用的液压油缸还可以为气缸或者电 缸等其他加载装置。
[0011] 所述的套管节点试件两端设有端板，端板上设有固定螺栓孔，用于将套管节点试 件固定在加载滑道上;此外，套管节点试件的两端均焊接有加劲肋，用于防止应力集中导致 试件撕裂。在加载压头上设有用于安装压头的压头螺栓孔，在滑块上设有用于安装滑块的 滑块螺栓孔。
[0012] 本发明解决其技术问题的技术方案还包括:钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验 装置的使用方法，包括以下步骤：
[0013] 步骤（1):采用高强螺栓通过压头螺栓孔将上部的加载压头固定在液压油缸端头 上;采用高强螺栓通过压头螺栓孔将下部的加载压头固定试验台底座上；
[0014] 步骤(2):根据设计的偏心距，将滑块沿加载滑道移动到设定位置，利用高强螺栓 通过滑块螺栓孔将滑块固定在加载滑道上；
[0015] 步骤(3):采用高强螺栓通过固定螺栓孔将套管节点试件与上下加载滑道相连，将 套管节点试件安装在上下加载滑道之间；
[0016] 步骤(4):将连接好的套管节点试件、上下加载滑道、上下滑块及上部的加载压头 和液压油缸放置在下端的刀形加载压头上，使下部的滑块的V型槽与加载压头的刀头贴合；
[0017] 步骤(5):调整液压油缸的端头的高度，使上滑块的V形槽与上加载压头的刀头贴 合；
[0018] 步骤(6):将两个拉线式位移计固定在加载滑道的两端，拉线式位移计的拉线端头 固定到其相对的加载滑道的端部；
[0019] 步骤(7):用液压油缸加载，直至试验结束；
[0020] 步骤(8):试验过程中实时采集拉线式位移计的数据，试验结束后通过所述数据计 算套管节点试件的转角变化。
[0021] 为保证试验结果的准确度，进一步的技术方案为:在试验的加载过程中，上方的加 载压头和下方的加载压头保持对齐。
[0022] 进一步的技术方案为:试验过程中，加载压头采用单调加压的方式，具体加载的过 程为:荷载小于〇. 9Nmax时，加载速率0.02Nmax/min，每0. lNmax保压lmin;荷载大于0.9Nmax时， 加载速率0. 〇〇5Nmax/min，每0.05Nmax保压lmin，其中，Nmax为预估极限荷载。
[0023]讲一舟的枯f卞·.查管节点试件的转角变化的计算公式为：
[0024]
[0025] 其中：Θ :所求相对转角，即两加载滑道的夹角，也就是套管节点试件的转角变化 量；
[0026] △ h:其中一个(如:左侧)拉线式位移计测得的长度变化量绝对值；
[0027] Ah2:另一个(如:右侧)拉线式位移计测得的长度变化量绝对值；
[0028] lh:两个拉线式位移计之间的横向距离。
[0029] 本发明的有益效果是：
[0030] 1、本发明的试验装置，滑块可沿加载滑道连续滑动，实现加载偏心距的连续变化， 同时还可实现大偏心加载。
[0031] 2、本发明的试验装置，在加载滑道上设有位移传感器，可以测量出两个加载滑道 的夹角，从而得出套管节点试件的转角变化。
[0032] 3、本发明的使用方法，能够准确获取钢管混凝土拱架套管节点的偏压力学特性， 从而便于人们对相关领域展开研究，为钢管混凝土套管节点的设计提供依据。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明实施例的结构示意图；
[0034] 图2为图1的A-A视图。
[0035]图中：1-上加载滑道，2-上滑块，3-上加载压头，4-压头螺栓孔，5-滑块螺栓孔，6-固定螺栓孔，7-端板，8-加劲肋，9-套管节点试件，10-T型螺栓，11-T型槽，12-拉线式位移 计，13-拉线端头，14-液压油缸，15-试验台底座，16-下加载滑道，17-下滑块，18-下加载压 头。
【具体实施方式】
[0036]下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述：
[0037] 如图1、图2所示，钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置，包括用于安装套管节 点试件9的一对加载滑道，加载滑道上设有滑块，所述加载滑道包括上加载滑道1和下加载 滑道16，上加载滑道1和下加载滑道16相互平行，上加载滑道1上设有上滑块2，下加载滑道 16上设有下滑块17,上滑块2与上加载压头3相配合，下滑块17与下加载压头18相配合，上加 载压头3与液压油缸14相连接，下加载压头18安装在试验台底座15上。
[0038] 上下加载压头通过上下滑块为套管节点试件加压，上下滑块沿上下加载滑道移动 以实现加载偏心距的调整;在下加载滑道16的两端分别安装拉线式位移计12,拉线式位移 计12设有拉线端头13,将拉线端头13分别相对应的固定到上加载滑道1的端