一种拼装式盾构隧道疲劳模型试验装置的制作方法

本实用新型涉及疲劳模型试验装置技术领域，具体为一种拼装式盾构隧道疲劳模型试验装置。

背景技术：

随着我国基础设施建设的迅猛发展，国家高速铁路“四纵四横”规划网建设不断的完善，同时“八纵八横” 规划网开始逐步建设。同时城市化进程越来越快，城市地铁已经得到了快速的发展，盾构法施工也为地铁建设提供技术与安全保证。由于高速铁路与城市地铁的发展与规划，在实际工程建设中，两者的建设往往存在一定的滞后，因此会造成城市地铁建设下穿高速铁路工程。由于高铁动载荷存在，地铁管片会长期受到间隔的高铁动荷载作用；同时随着地铁的运营，管片也会长期受到间隔的地铁动载荷。为此，需要对管片结构的疲劳特性进行研究，保证地铁的正常运营。为了保证地铁管片处于安全的状态，同时确保隧道管片长期寿命满足设计年限，因此需要对管片的受力与变形特性进行进一步的研究。在研究管片受力特性时，需要进行理论研究、计算机仿真与大量的室内模拟实验。在室内试验过程中，疲劳模型试验装置对室内试验的顺利开展与完成其重要的作用，能够节省大量的试验经费，同时试验装置的好坏直接影响试验结果的真实性与准确性。

目前，对于疲劳模型试验装置，如：

（1）一种模拟隧道开挖过程的模型试验装置（申请号：201510036815.X，申请人：北京工业大学），该装置采用钢板与加强板焊接而成，可分别对毛洞隧道和加衬砌结构隧道进行不同埋深下开挖过程的模拟，模型箱开洞采用“先加载后开洞”的方式。对于浅埋隧道能够保证其开挖洞口附近的稳定，而对于深埋问题是否能够保证还值得去讨论与研究。

（2）一种室内模型试验装置（申请号：201610838627.3，申请人：中南大学；及申请号201410146941.6，申请人：北京工业大学），采用了形状相对较大的钢板作为主要的边界，边界与局部区域设置的加强板通过焊接形式进行连接。往往在室内试验过程中，导致装配过程复杂、拆除难度大等问题，无形中增加了试验的难度与成本。

对于模型箱的动静力边界问题，一直是室内模型试验的关注的重点，直接影响试验的成败。

现有的室内试验模型装置一般采用钢板为主、槽钢或者工字钢为辅的焊接结构形式，同时辅助侧向支撑，该种结构形式在荷载不大或者土层埋深较小的工况，能保持结构的自稳性，具有一定的适应性。但遇到荷载较大或者埋深较大的工况，箱体结构刚度较弱的部位容易出现向外挤出变形，导致所测量的数据误差较大，不能真实的反映结构的受力特征；若需要保持更大的刚度，则需要增加钢板的厚度，因此也导致试验成本的增加。采用焊接的工艺，造成模型结构的安装与拆除工序复杂且耗时过多，导致了箱体的二次利用率较低，增加了室内试验的时间与金钱成本。同时,一般模型结构能很好的模拟试验条件下的静力边界条件，对于动力边界条件，结构存在很大的边界应力波的反射问题，不能真实的模拟实际工程中的无限边界，导致试验的测试结果误差过大。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能保证模型结构的整体刚度与局部刚度需求，优化结构组合形式与边界条件，保证试样测量数据的准确与可靠，同时节约试验时间与金钱成本的拼装式盾构隧道疲劳模型试验装置。技术方案如下：

一种拼装式盾构隧道疲劳模型试验装置，包括横向拼装构件和纵向拼装构件；多条横向拼装构件固定连接构成前后两侧板，多条纵向拼装构件固定连接构成左右两侧板，前后两侧板和左右两侧板相互固定并同时固定于试验台底座上构成箱状的实验空间。

进一步的，所述纵向拼装构件包括竖向条板，竖向条板上沿与下沿各固定连接有横条板，相邻两纵向拼装构件的横条板通过连接件固定连接；所述横向拼装构件的结构在纵向拼装构件的基础上增加了短竖板，所述短竖板垂直固定于竖向条板两端，并连接上下横条板，构成槽状；横向拼装构件的短竖板与相邻的纵向拼装构件的竖向条板端部通过连接件固定连接。

更进一步的，所述短竖板与纵向拼装构件的竖向条板之间还设有角部缓冲板。

更进一步的，所述实验空间内壁设置有减震层。

更进一步的，前侧板上设置有观察孔。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用了装配式结构，方便模型的安装与拆除，同时具有二次利用的优点，提高了模型装置的利用率，节约了试验成本；相对以往的模型结构，采用拼装式结构能大幅度的提高结构的刚度，能保证模拟静力边界问题的正确与合理性，保证试验能真实的模拟实际工况，使测试数据结果具有更加高的可信度与准确度；针对动力载荷问题，在模型装置内部设置一层减震层材料，在边界处能吸收动力荷载的应力波，尽可能少的反射应力波到所研究的结构上，能够模拟实际工程中的无限大边界条件；采用的拼装形式与减震层的设置，使室内试验能真实的模拟实际复杂的荷载结构工程，能为今后的盾构隧道工程的设计、施工与维护提供准确与可靠的试验依据；不仅适用模拟动力载荷实验，而且还适用于模拟静力加载实验，只需要将实验装置内的减震层去掉即可；通过改变实验装置尺寸可以实现任意缩尺比例模型试验的模拟。

附图说明

图1为本实用新型拼装式盾构隧道疲劳模型试验装置整体结构示意图。

图2为本实用新型拼装式盾构隧道疲劳模型试验装置的俯视图。

图3为本实用新型拼装式盾构隧道疲劳模型试验装置连接件方式局部放大图。

图中：1-横向拼装构件；2-连接件；3-角部缓冲板；4-试验台底座；5-纵向拼装构件；6-观察孔；7-减震层；8-试验空间。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。如图1和图2所示，一种拼装式盾构隧道疲劳模型试验装置，包括横向拼装构件1和纵向拼装构件5；多条横向拼装构件1固定连接构成前后两侧板，多条纵向拼装构件5固定连接构成左右两侧板，前后两侧板和左右两侧板相互固定并同时固定于试验台底座4上构成箱状的实验空间8。使用装配式模型结构，代替了原有的焊接结构，保证了箱体结构的整体刚度满足室内试验要求，还具有拼装与拆除速度快，具有二次利用等优点。模型箱拼装高度可以根据室内相似比与实际影响高度来确定。模型结构的整体刚度，能正确的模拟室内试验的静力边界，确保所研究的对象不受边界区域影响。

其中，纵向拼装构件5包括竖向条板，竖向条板上沿与下沿各固定连接有横条板，相邻两纵向拼装构件5的横条板通过连接件2固定连接；所述横向拼装构件1的结构在纵向拼装构件5的基础上增加了短竖板，所述短竖板垂直固定于竖向条板5两端，并连接上下横条板，构成槽状。该结构不仅便于拼装而且能够增大装置的整体强度，能保证模型结构的整体刚度与局部刚度需求，优化结构组合形式与边界条件，保证试样测量数据的准确与可靠。

横向拼装构件1的短竖板与相邻的纵向拼装构件5的竖向条板端部通过连接件2固定连接。短竖板与纵向拼装构件5的竖向条板之间还设有角部缓冲板3。该角部接构造，既能保证局部连接刚度，也能保证该结构具有一定的耗能作用。

本实施例的实验空间8内壁设置有减震层7，在研究动力荷载作用下结构响应时，保证边界的应力反射波不会发生反射而影响结构的动力特性，使边界接近无限边界条件。

本实施例的模型箱内部尺寸为2100mm×3500mm；横向拼装构件1长度3500mm，纵向拼装构件5长度2400mm，横向两个减震层的尺寸为200mm×3400和100mm×3300，纵向两个减震层的尺寸为100mm×2000mm和200mm×1900mm。

前侧板上设置有观察孔6，观察孔可以根据模型箱高度与试样研究对象进行选取，以便于试样观察与测试设备安装。

本实用新型的拼装式盾构隧道疲劳模型试验装置不仅适用于于城市地铁盾构隧道静动力荷载研究，同时也适用于山岭工程、城市管廊工程等隧道模型试验。