一种模拟地铁管片受力试验装置

本发明属于模拟检测设备的领域，尤其涉及一种模拟地铁管片受力试验装置。

背景技术：

1、盾构隧道凭借其掘进速度快、对地面影响较小等优势，在城市地铁隧道中所占比例越来越大。盾构管片作为盾构隧道中的重要部分，是盾构隧道的主要支护结构，在土体中受土压力和静水压力的作用，其结构力学性能及变形特性的研究就显得极为重要。

2、现阶段，管片的结构力学性能及变形特性的研究中，经常使用模型试验的方法来进行。如公开号为cn 209400324u的实用新型专利公开了一种模拟不同受力条件下隧道管环受力变形的实验装置，该加载装置包括管环、能够对所述管环进行侧向加载和竖向加载的加载装置和与所述管环连接的数据测量系统。试验时，通过不同的千斤顶对所述加载环实施加载来模拟所述加载环被埋在地下承受水土压力的状况。

3、然而这种加载方式仅能对管片模型某一方向施加均布荷载，但真实的管片存在局部超载的情况；其次，该装置同样没有考虑结构与地层的相互作用关系，无法对隧道结构的受力行为进行较为真实地模拟；最后，水压力和土层压力是分开施加再进行组合，无法模拟真实的土水协同压力的情况。

技术实现思路

1、本发明提供一种模拟地铁管片受力试验装置，以解决现有试验装置无法模拟水土协同压力的技术问题。

2、为解决上述问题，本发明提供的一种模拟地铁管片受力试验装置采用如下技术方案：

3、有益效果是：本装置通过对不同加载区施加不同荷载，可以模拟实际施工中不同管片处受到的不同的压力；通过监测系统所收集到的数据，分析在不同压力情况下管片的受力特点。

4、通过在试验箱内填充相似土模拟管片所处土层，充分考虑结构与地层的相互作用关系，对隧道结构的受力行为进行较为真实地模拟。

5、对实验装置加载区施加土层压力的同时，并施加水压力，使管片的受力更加贴近管片实际受力情况，模拟真实的土水协同压力的情况，结果更加准确。

技术特征：

1.一种模拟地铁管片受力试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的模拟地铁管片受力试验装置，其特征在于，所述安装框架包括：呈管状且与模拟管片同轴的框架主体和分别密封设置在该框架本体两端的两个保持环，两个保持环分别与模拟管环两端的外侧圆周侧壁密封连接，所述框架主体、两个保持环和模拟管环的外侧圆周侧壁之间围成所述空腔。

3.根据权利要求2所述的模拟地铁管片受力试验装置，其特征在于，所述安装框架还包括设置在框架本体外侧圆周侧壁上的反力框架，多个缸体分别安装在反力框架上，框架本体的外侧圆周侧壁上设置有与缸体数量相同的插孔，每一个缸体的伸缩杆穿过对应的插孔且与框架本体的该孔壁滑动密封连接。

4.根据权利要求1所述的模拟地铁管片受力试验装置，其特征在于，所述框架主体的顶部还设置有连接空腔的开口，模拟箱的底部安装在该开口内以与空腔连通。

5.根据权利要求3所述的模拟地铁管片受力试验装置，其特征在于，所述安装框架还包括套设在模拟管环外侧圆周侧壁两端的两个密封圈，进而分别与两个保持环的内侧壁密封连接。

6.根据权利要求5所述的模拟地铁管片受力试验装置，其特征在于，所述模拟管片包括：同轴相邻设置且首尾依次密封连接的多个管环单体，每一个管环单体均包括：呈曲面状且环形布置的多个管片，进而形成管环单体。

7.根据权利要求1所述的模拟地铁管片受力试验装置，其特征在于，所述监测系统还包括应力应变传感器，用于设置于每一个管环单体中的每相邻的两个管片之间。

8.根据权利要求5所述的模拟地铁管片受力试验装置，其特征在于，所述安装系统还包括支撑框架，该支撑框架包括：水平支撑和设置在该水平支撑两个的竖向支撑，所述反力框架设置在两个竖向支撑之间且分别与两个竖向支撑可拆卸地固定连接。

9.根据权利要求7所述的模拟地铁管片受力试验装置，其特征在于，所述监测系统还包括探伤雷达，所述模拟管环内圈的底部设置有模拟轨道，该模拟轨道沿模拟管环的轴线方向延伸，所述探伤雷达滑动安装在模拟轨道上。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的模拟地铁管片受力试验装置，其特征在于，每一个伸缩杆的伸入端均可拆卸地连接有压板，每一个压板均为与模拟管环曲面度相同的曲面。

技术总结
本发明属于模拟检测设备的领域，一种模拟地铁管片受力试验装置，其包括：安装系统、监测系统和加载系统，安装系统包括：安装框架和模拟箱，安装框架的内侧壁与模拟管环的外侧周壁之间围成环状的空腔，模拟箱与该空腔连通，进而依次将土体和水注入空腔的内部；检测系统其包括：应变片和位移传感器，且多个应变片和位移传感器均埋在土体的内部；加载系统包括：设置在安装框架外侧周壁的多个缸体，每一个缸体均具有沿模拟管环的径向方向伸缩且伸入空腔内部的伸缩杆，且在该伸缩杆伸长时其伸入端压紧在空腔的土体上。本装置通过对不同加载区施加不同荷载，可以模拟实际施工中不同管片处受到的不同的压力；通过监测系统所收集到的数据，分析在不同压力情况下管片的受力特点。

技术研发人员：何敬源,王建波,陈迪扬,王旌,陈超军
受保护的技术使用者：山东大学（齐河）新材料与智能装备研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12