一种通用型管片橡胶密封垫滑动试验装置及方法与流程

1.本发明涉及盾构施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种通用型管片橡胶密封垫滑动试验装置。


背景技术：

2.三元乙丙橡胶具有优良的耐老化性，耐臭氧性，耐候性，耐热性等优点，在我国盾构隧道管片接头防水中广泛应用，管片拼装滑动过程中，对三元乙丙橡胶密封垫进行压缩，通过密封垫接触面的接触应力来止水。随着我国隧道向长，大，高，深等方向发展，隧道防水指标要求越来越高，三元乙丙橡胶密封垫的拼装应力也随之增大，拼装过程中易出现密封垫滑动和挤堆，影响管片拼装质量，严重时造成角部防水能力下降，出现渗漏，因此需要对管片拼装过程中密封垫的挤堆变形等情况进行研究。目前规范中仅给出了密封垫的压缩性能试验方法，该试验能测定密封垫的压缩应力，但是无法模拟管片拼装过程中密封垫的变形情况，进而无法采取针对性地措施来提高成型隧道质量。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
4.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种通用型管片橡胶密封垫滑动试验装置，包括：
5.基座，其水平放置；所述基座上间隔设置有两个反力梁；所述基座远离所述反力梁的一端设置有反力架；
6.上滑块，其两端分别与两个所述反力梁滑动连接，并可沿两个所述反力梁竖直滑动；
7.下滑块，其与所述基座的上端面滑动连接；
8.油缸，其固定端与所述反力架固定连接，其活动端与所述下滑块固定连接，用以带动所述下滑块沿所述基座的上端面水平滑动；
9.所述上滑块和所述下滑块相对的一侧分别可拆卸连接有压块，两个所述压块相对的侧面分别开设有槽口，所述槽口用以粘贴待试验的橡胶密封垫。
10.优选的是，所述压块为平压块，所述平压块用以粘贴橡胶密封垫的侧面为水平面。
11.优选的是，所述压块为楔形压块，所述楔形压块用以粘贴橡胶密封垫的侧面为楔形面，两个所述楔形压块的楔形面相配合。
12.优选的是，所述反力梁为门型结构，两个所述反力梁垂直于所述基座的纵轴线设置，所述上滑块的两端分别设置有与两个所述反力梁的侧壁相配合的卡槽；所述上滑块的两端分别通过螺杆与对应的所述反力梁固定。
13.优选的是，所述反力梁的顶部开设有螺纹通孔，所述上滑块的上端面两侧反别设置螺纹孔，所述螺纹孔的内底面向下内凹成半球形凹槽，所述螺杆的一端为与所述螺纹孔相配合的半球形，所述螺杆的另一端由下向上穿过所述螺纹通孔后通过螺母固定。
14.优选的是，所述上滑块与所述下滑块上用以连接所述压块的侧面均开设有凹槽，所述上滑块上的凹槽的宽度与对应的所述压块的宽度相同，所述下滑块上的凹槽的宽度略大于对应的所述压块的宽度，通过调整所述下滑块上的压块的位置以使上下两个压块错位设置。
15.优选的是，所述基座的上端面上还设置有滑轨，所述下滑块的底部固定设置有卡接于所述滑轨上的滑块。
16.优选的是，所述下滑块的两侧底部分别开设有粘贴槽，用以粘贴橡胶密封垫的两端，所述粘贴槽由侧面向中心方向开设。
17.本发明还有一个目的是提供一种通用型管片橡胶密封垫滑动试验装置的试验方法，包括以下步骤：
18.s1：根据项目管片密封垫槽口设置情况，加工相应尺寸的压块、压块上的槽口以及橡胶密封垫试件；
19.s2：将压块分别连接在上滑块和下滑块上，并粘贴橡胶密封垫；
20.s3：采用平压块模拟在剪力销工况下管片拼装过程，试验时先确定下滑块滑行距离，当下滑块处于上滑块正下方时，通过上部的螺杆进行压缩橡胶密封垫；或者采用楔形压块模拟标准块或封顶块插入过程，试验时先确定下滑块滑行距离，将上滑块与反力梁固定，初始时上滑块和下滑块上的橡胶密封垫不产生接触；
21.s4：采用油缸推动下滑块运动，使上滑块和下滑块产生相对滑动，模拟管片拼装过程，记录试验过程中油缸加载的压力数值；
22.s5：试验后测量橡胶密封垫挤堆变形情况；
23.s6：调整上滑块和下滑块之间的张开量、倾斜角度或者上下压块的错位距离，重复步骤s3～s5，直至完成不同张开量、倾斜角度或错位距离下的全部试验。
24.本发明至少包括以下有益效果：
25.1、本发明所提供的通用型管片橡胶密封垫滑动试验装置，通过上滑块的竖直运动与下滑块的水平运动相配合，可以模拟橡胶密封垫在管片拼装过程中先压缩再滑动、先滑动再压缩以及反复压缩或滑动挤压等多种工况下橡胶密封垫的滑动试验，能够真实模拟实际管片拼装过程中橡胶密封垫的变形挤堆情况，进而为橡胶密封垫结构优化及减阻提供数据支撑；
26.2、本发明所提供的通用型管片橡胶密封垫滑动试验装置，通过上滑块和反力梁之间的螺杆和螺母调整上滑块和下滑块之间的张开量和倾斜角度，来真实模拟实际管片拼装过程中的管片接缝张开情况；通过调整下滑块上的压块和下滑块之间的相对位置，可以真实模拟实际拼装过程中管片错位情况；
27.3、本发明所提供的通用型管片橡胶密封垫滑动试验装置，通过油缸带动下滑块往复运动，可以真实模拟管片拼装过程中反复试拼过程，以便于开展特殊工况下橡胶密封垫变形研究。
28.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
29.图1为本发明所述试验装置的结构示意图；
30.图2为本发明所述试验装置的主视图；
31.图3为本发明所述平压块的结构示意图；
32.图4为本发明所述楔形压块的结构示意图；
33.图5为本发明所述下滑块与所述压块的连接结构示意图；
34.图6为本发明所述粘贴槽的结构示意图。
具体实施方式
35.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
36.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.如图1～图6所示，本发明提供一种通用型管片橡胶密封垫滑动试验装置，包括：
38.基座1，其水平放置；所述基座1上间隔设置有两个反力梁4；所述基座1远离所述反力梁4的一端设置有反力架9；
39.上滑块3，其两端分别与两个所述反力梁4滑动连接，并可沿两个所述反力梁4竖直滑动；
40.下滑块7，其与所述基座1的上端面滑动连接；
41.油缸8，其固定端与所述反力架9固定连接，其活动端与所述下滑块7固定连接，用以带动所述下滑块7沿所述基座1的上端面水平滑动；
42.所述上滑块3和所述下滑块7相对的一侧分别可拆卸连接有压块，两个所述压块相对的侧面分别开设有槽口，所述槽口用以粘贴待试验的橡胶密封垫。
43.在这种技术方案中，在所述上滑块3和所述下滑块7上的压块2上分别粘贴待试验的橡胶密封垫，可以通过所述油缸8将所述下滑块4顶推至所述上滑块3的正下方，然后沿所述反力梁4向下移动所述上滑块3来压缩橡胶密封垫，以模拟在剪力销工况下管片拼装过程，通过橡胶垫压缩情况模拟不同张开量情况下密封垫拼装试验；也可以先将所述上滑块3与所述反力梁4固定，然后通过所述油缸8将所述下滑块7沿所述基座1的上端面相所述上滑块3方向顶推，来挤压橡胶密封垫，以模拟封顶块插入或标准块的拼装过程；每次试验完成后通过游标卡尺测量橡胶密封垫的变形量，并且通过记录所述油缸8在顶推所述下滑块7的过程加载的压力数值可以计算橡胶密封垫的摩檫力。即通过所述上滑块3、所述下滑块7以及所述油缸8的相互配合，可以模拟橡胶密封垫先压缩再滑动，先滑动再压缩，以及反复压缩或滑动挤压等多种工况下橡胶密封垫的滑动试验，能够真实模拟实际管片拼装过程中橡胶密封垫的变形挤堆情况，进而为橡胶密封垫结构优化及减阻提供数据支撑。
44.针对上述两种不同工况，当模拟剪力销或插销式连接键的管片拼装试验时，进一
步地，所述压块为平压块12，所述平压块12用以粘贴橡胶密封垫的侧面为水平面。参照图2和图3，所述上滑块3和所述下滑块7相对的一侧分别连接所述平压块12，两个所述平压块12相对的一面分别开设所述槽口，用以粘贴橡胶密封垫。试验时，通过调整所述上滑块3和所述下滑块7之间的张开量，并通过所述上滑块3挤压所述下滑块7来压缩橡胶密封垫，然后再通过所述油缸8顶推所述下滑块7模拟滑动拼装。
45.当模拟标准块或封顶块管片拼装时，进一步地，所述压块为楔形压块2，所述楔形压块2用以粘贴橡胶密封垫的侧面为楔形面，用以粘贴橡胶密封垫。两个所述楔形压块2的楔形面相配合。两个所述楔形压块2的楔形面开设有所述槽口，参照图1和图4，试验时，先将所述上滑块3与所述反力梁4固定，然后通过所述油缸8顶推所述下滑块7，使两个所述楔形面上的橡胶密封垫产生挤压，可以通过所述油缸8反复运动模拟管片反复试拼过程。
46.通过更换所述上滑块3和所述下滑块7上的压块，来满足模拟不同工况下的管片拼装过程。所述压块可根据项目管片槽口设计情况进行加工，以满足所有尺寸的橡胶密封垫的拼装试验。
47.在另一种实施例中，考虑到所述上滑块3与所述反力梁4之间滑动连接的稳定性，所述反力梁4为门型结构，两个所述反力梁4垂直于所述基座1的纵轴线设置，所述上滑块3的两端分别设置有与两个所述反力梁4的侧壁相配合的卡槽；所述上滑块3的两端分别通过螺杆5与对应的所述反力梁4固定。所述卡槽可以在所述下滑块7向所述上滑块3运动过程中，承担水平向荷载，防止所述螺杆5因承受剪力而发生弯曲变形。
48.进一步地，所述反力梁4的顶部开设有螺纹通孔，所述上滑块3的上端面两侧反别设置螺纹孔，所述螺纹孔的内底面向下内凹成半球形凹槽，所述螺杆5的一端为与所述螺纹孔相配合的半球形，所述螺杆4的另一端由下向上穿过所述螺纹通孔后通过螺母6固定。
49.在这种技术方案中，在模拟剪力销或插销式连接键的管片拼装试验时，通过同时转动所述上滑块3两侧的所述螺杆5来向下移动所述上滑块3，实现对橡胶密封垫的竖向挤压。所述螺杆5的一端为半球形，以便在向下移动所述下滑块3时能均匀有效地传递竖向载荷。在模拟标准块或封顶块管片拼装时，在所述下滑块7向所述上滑块3移动前，通过所述螺母6将所述上滑块3与所述反力梁4固定。并且通过所述螺母6和所述螺杆5可以调整所述上滑块3相对水平放置时的倾斜角度，使所述上滑块3略微倾斜，来模拟管片实际拼装时管片接缝的张开情况。
50.在另一种实施例中，所述上滑块3与所述下滑块7上用以连接所述压块的侧面均开设有凹槽，所述上滑块3上的凹槽的宽度与对应的所述压块的宽度相同，所述下滑块7上的凹槽的宽度略大于对应的所述压块的宽度，通过调整所述下滑块7上的压块的位置以使上下两个压块错位设置。
51.在这种技术方案中，通过在所述上滑块3和所述下滑块7上开设凹槽来对所述压块进行限位，以便于所述压块的安装和拆卸。参照图5，所述压块的宽度l1小于所述下滑块7上的凹槽的宽度为l2，l1＜l2。较优地，可通过在所述下滑块7两侧设置螺栓72来调整所述压块在凹槽上的位置，使得所述上下两个所述压块在垂直于所述基座纵轴线的方向上产生错位，来模拟管片实际拼装过程中管片错位情况。
52.在另一种实施例中，所述基座1的上端面上还设置有滑轨11，所述下滑块9的底部固定设置有卡接于所述滑轨11上的滑块10。通过所述滑轨11放置所述下滑块9与所述基座1
直接接触，减小所述下滑块7滑行过程中的阻力，进而能精确地测量橡胶密封垫变形与应变的关系。
53.在另一种实施例中，所述下滑块7的两侧底部分别开设有粘贴槽71，用以粘贴橡胶密封垫的两端，所述粘贴槽71由侧面向中心方向开设。
54.在这种技术方案中，考虑到管片上实际的橡胶密封垫为整圈布置，因此在所述下滑块7的两侧底部分别开设有粘贴槽71，因此在所述下滑块7上的压块上粘贴橡胶密封垫时，将橡胶密封垫两端向下继续弯折至所述粘贴槽71内，不与所述基座1的上端面接触，即使得橡胶密封垫两端呈倒u形结构，以真实模拟管片密封垫粘贴情况.
55.本发明还提供了一种通用型管片橡胶密封垫滑动试验装置的试验方法，包括以下步骤：
56.s1：根据项目管片密封垫槽口设置情况，加工相应尺寸的压块、压块上的槽口以及橡胶密封垫试件；
57.s2：将压块分别连接在上滑块3和下滑块7上，并粘贴橡胶密封垫；
58.s3：采用平压块12模拟在剪力销工况下管片拼装过程，试验时先确定下滑块7滑行距离，当下滑块7处于上滑块3正下方时，通过上部的螺杆5进行压缩橡胶密封垫；或者采用楔形压块2模拟标准块或封顶块插入过程，试验时先确定下滑块7滑行距离，将上滑块3与反力梁4固定，初始时上滑块3和下滑块7上的橡胶密封垫不产生接触；
59.s4：采用油缸8推动下滑块7运动，使上滑块3和下滑块7产生相对滑动，模拟管片拼装过程，记录试验过程中油缸8加载的压力数值；
60.s5：试验后测量橡胶密封垫挤堆变形情况；
61.s6：调整上滑块3和下滑块7之间的张开量、倾斜角度或者上下压块的错位距离，重复步骤s3～s5，直至完成不同张开量、倾斜角度或错位距离下的全部试验。
62.在上述技术方案中，可通过所述油缸8反复伸缩来模拟管片的反复试拼过程。在所述油缸8顶推所述下滑块7的过程中，记录所述油缸8加载的压力，以计算橡胶密封垫的摩擦力。
63.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。