一种隧道混凝土衬砌受力性能测试设备

本发明涉及测试设备，特别是一种隧道混凝土衬砌受力性能测试设备。

背景技术：

1、包括地铁、公路、铁路等隧道施工中，整体浇筑的衬砌结构是一种使用较为广泛的结构部件。受到使用的水泥标号、砂石质量和水泥的比例，以及施工等其他因素影响，实际上制成的衬砌结构质量会有所不同。因此为了保证施工质量等，现场施工完成后都应该对其质量进行检测。

2、现有的隧道衬砌结构检测中，一般是通过液压机构对衬砌结构模型(采用与现场浇筑相同的材料、按比例缩小制成模型测试衬砌结构)的受力面施加作用力，压力逐渐增加，直至衬砌结构模型发生裂开或者损坏，从而获得衬砌结构受压等性能数据。虽然，现有的测试设备一定程度上满足了衬砌结构模型的质量检测，但是受到结构所限还存在以下诸多技术问题。第一：压力设备对测试的衬砌结构模型施加作用力时，实际上，施加的作用力集中于衬砌结构模型的某一个点位，也就是说，后续得出的衬砌结构模型承压数据、实际上只是限于衬砌结构模型的某一个点位的受压数据，无法得到衬砌结构模型全部准确的受压数据，会对施工质量造成安全隐患(比如说测试点位质量很好，而在衬砌结构模型的侧端某个没有测试的部位，该部位由于质量不佳，厚度较薄，那么就存在质量安全隐患)。第二：测试中需要测试人员实时守在测试设备旁，在测试的衬砌结构模型发生损坏时得出其在相应压力下、相应损坏的准确时间，上述方式不但会给测试人员带来不便，且测试人员没有工作责任心、没有实时坚守在测试设备旁时，并不能保证获得的数据真实有效。第三：测试中，通常是在短时间内压力逐渐由低渐高对衬砌结构模型施加作用力，这样得到的数据并不能有效反应衬砌结构模型在某种恒定压力下，相应多长时间出现损坏，获得数据也相对单一，不能为改进实际衬砌结构的修建提供更多的有用数据。综上，现有的衬砌结构模型质量测试设备还存在较大的技术改进余地。

技术实现思路

1、为了克服现有衬砌结构模型质量测试设备由于结构所限，存在如背景所述弊端，本发明提供了在相关机构共同作用下，通过逐渐增高的水压对衬砌结构模型质量进行检测，能对衬砌结构模型的任何部位同等施加作用力进行压力测试，并能在恒定压力下较长时间内测试衬砌结构模型的承压能力，防止了单一测试衬砌结构模型一个点位以及测试速度过快带来的测试数据单一的问题，且不需要测试人员实时人为守在现场观察测试数据，能在测试的衬砌结构模型发生破损的第一时间通过短信以及现场报警的方式提示测试人员，由此给测试人员带来了便利，且保证了获得的相应压力下衬砌结构模型损坏时间数据真实有效，为实际衬砌结构的修建起到了有利数据支持的一种隧道混凝土衬砌受力性能测试设备。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种隧道混凝土衬砌受力性能测试设备，包括电源模块、壳体、压力传感器、电磁阀、振动电机、手动阀门、密封板、空压机，其特征在于，还具有控制电路、探测电路、压力检测电路、探测机构；所述壳体和密封板密封活动安装一起，振动电机安装在壳体外；所述探测机构包括电动直线滑台、电机减速机构、导向管、活动杆、转动轮，电机减速机构的下端安装在电动直线滑台的滑动块上，导向管的下端安装在电机减速机构的动力输出轴前端，导向管内下部套有弹簧，活动杆的下端套在导向管内，活动杆的上端安装有支撑架，转动轮转动安装在支撑架内侧，转动轮的外间隔距离安装有两只金属环圈，支撑架的侧端安装有两只金属接触片，两只接触片上端内侧和两只环圈分别接触且电性导通；所述手动阀门有两只，压力传感器、两只阀门、电磁阀分别安装在壳体外，空压机的储气罐排气管和电磁阀的进气管连接；所述电源模块、控制电路、探测电路、压力检测电路安装在元件盒内；所述控制电路的电源输出端和电动直线滑台、电机减速机构的电源输入端电性连接，压力传感器的信号输出端和压力检测电路的信号输入端电性连接，压力检测电路的电源输出端和电磁阀的电源输入端电性连接，两只接触片和检测电路的两个信号输入端分别电性连接。

4、进一步地，所述密封板还能采用透明耐压亚克力板代替。

5、进一步地，所述壳体配有密封胶垫，测试的衬砌结构模型位于壳体内，两只橡胶垫分别位于衬砌结构模型前后外侧端。

6、进一步地，所述导向管的内径大于活动杆外径，弹簧的外径小于导向管内径、且小于活动杆的外径；两只金属环圈的高度高于支撑架高度，转动轮是绝缘材质。

7、进一步地，所述电磁阀是常闭阀芯电磁阀。

8、进一步地，所述控制电路包括电性连接的四套时控开关，四套时控开关的电源输入两端分别电性连接。

9、进一步地，所述探测电路包括电性连接的电阻、npn三极管、可控硅、pnp三极管、蜂鸣器和短信模块，第一只电阻一端和pnp三极管发射极、可控硅阳极连接，npn三极管集电极和第二只电阻一端连接，第二只电阻另一端和pnp三极管基极连接，pnp三极管集电极和第三只电阻一端连接，第三只电阻另一端和可控硅控制极连接，可控硅阴极和蜂鸣器及短信模块的正极电源输入端连接，短信模块的负极电源输入端及触发信号输入端和蜂鸣器负极电源输入端、npn三极管发射极连接。

10、进一步地，所述压力检测电路包括电性连接的可调电阻、电阻、npn三极管、继电器，继电器正极电源输入端及控制电源输入端连接，可调电阻一端和第一只电阻一端、第二只电阻一端连接，第二只电阻另一端和npn三极管基极连接，第一只电阻另一端和npn三极管发射极连接，npn三极管集电极和继电器负极电源输入端连接。

11、本发明有益效果是：本发明测试中，通过压力传感器及压力检测电路共同作用下，通过逐渐增高的水压对衬砌结构模型质量进行检测，并能通过水压对衬砌结构模型的任何部位同等施加作用力进行压力测试，并能在恒定压力下较长时间内测试衬砌结构模型的承压能力，防止了单一测试衬砌结构模型一个点位以及测试速度过快带来的测试数据单一的问题；本发明中，不需要测试人员实时人为守在现场观察测试数据，在控制电路、探测机构以及探测电路等作用下，能逐一对衬砌结构模型内侧端进行无死角的损坏探测，当测试的衬砌结构模型发生破裂时，能第一时间通过短信以及现场报警的方式提示测试人员。本发明给测试人员带来了便利，且保证了获得的相应压力下衬砌结构模型损坏时间数据真实有效，为实际衬砌结构的修建提供了更多有用数据。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。

技术特征：

1.一种隧道混凝土衬砌受力性能测试设备，包括电源模块、壳体、压力传感器、电磁阀、振动电机、手动阀门、密封板、空压机，其特征在于，还具有控制电路、探测电路、压力检测电路、探测机构；所述壳体和密封板密封活动安装一起，振动电机安装在壳体外；所述探测机构包括电动直线滑台、电机减速机构、导向管、活动杆、转动轮，电机减速机构的下端安装在电动直线滑台的滑动块上，导向管的下端安装在电机减速机构的动力输出轴前端，导向管内下部套有弹簧，活动杆的下端套在导向管内，活动杆的上端安装有支撑架，转动轮转动安装在支撑架内侧，转动轮的外间隔距离安装有两只金属环圈，支撑架的侧端安装有两只金属接触片，两只接触片上端内侧和两只环圈分别接触且电性导通；所述手动阀门有两只，压力传感器、两只阀门、电磁阀分别安装在壳体外，空压机的储气罐排气管和电磁阀的进气管连接；所述电源模块、控制电路、探测电路、压力检测电路安装在元件盒内；所述控制电路的电源输出端和电动直线滑台、电机减速机构的电源输入端电性连接，压力传感器的信号输出端和压力检测电路的信号输入端电性连接，压力检测电路的电源输出端和电磁阀的电源输入端电性连接，两只接触片和检测电路的两个信号输入端分别电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种隧道混凝土衬砌受力性能测试设备，其特征在于，密封板还能采用透明耐压亚克力板代替。

3.根据权利要求1所述的一种隧道混凝土衬砌受力性能测试设备，其特征在于，壳体配有密封胶垫，测试的衬砌结构模型位于壳体内，两只橡胶垫分别位于衬砌结构模型前后外侧端。

4.根据权利要求1所述的一种隧道混凝土衬砌受力性能测试设备，其特征在于，导向管的内径大于活动杆外径，弹簧的外径小于导向管内径、且小于活动杆的外径；两只金属环圈的高度高于支撑架高度，转动轮是绝缘材质。

5.根据权利要求1所述的一种隧道混凝土衬砌受力性能测试设备，其特征在于，电磁阀是常闭阀芯电磁阀。

6.根据权利要求1所述的一种隧道混凝土衬砌受力性能测试设备，其特征在于，控制电路包括电性连接的四套时控开关，四套时控开关的电源输入两端分别电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种隧道混凝土衬砌受力性能测试设备，其特征在于，探测电路包括电性连接的电阻、npn三极管、可控硅、pnp三极管、蜂鸣器和短信模块，第一只电阻一端和pnp三极管发射极、可控硅阳极连接，npn三极管集电极和第二只电阻一端连接，第二只电阻另一端和pnp三极管基极连接，pnp三极管集电极和第三只电阻一端连接，第三只电阻另一端和可控硅控制极连接，可控硅阴极和蜂鸣器及短信模块的正极电源输入端连接，短信模块的负极电源输入端及触发信号输入端和蜂鸣器负极电源输入端、npn三极管发射极连接。

8.根据权利要求1所述的一种隧道混凝土衬砌受力性能测试设备，其特征在于，压力检测电路包括电性连接的可调电阻、电阻、npn三极管、继电器，继电器正极电源输入端及控制电源输入端连接，可调电阻一端和第一只电阻一端、第二只电阻一端连接，第二只电阻另一端和npn三极管基极连接，第一只电阻另一端和npn三极管发射极连接，npn三极管集电极和继电器负极电源输入端连接。

技术总结
一种隧道混凝土衬砌受力性能测试设备，包括电源模块、壳体、压力传感器、电磁阀、振动电机、手动阀门、密封板、空压机，还具有控制电路、探测电路、压力检测电路、探测机构；壳体和密封板安装一起，振动电机安装在壳体外；探测机构包括安装在一起的电动直线滑台、电机减速机构、导向管、活动杆、转动轮，压力传感器、两只阀门、电磁阀分别安装在壳体外，空压机排气管和电磁阀进气管连接；电源模块、控制电路、探测电路、压力检测电路安装在元件盒内并电性连接。本发明能对衬砌结构模型的任何部位同等施加作用力进行压力测试，测试的衬砌结构模型发生破裂时，能第一时间提示测试人员，给测试人员带来了便利，且保证了数据真实有效。

技术研发人员：李化云,周安祥,吴洋帆,邓来,卢锋,朱开宬,周孝军,赵艺程
受保护的技术使用者：西华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14