本發(fā)明屬于盾構(gòu)隧道工程，具體涉及一種適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前國內(nèi)外大型隧道工程主要采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)機在開挖掘進過程中需用盾構(gòu)管片對開挖斷面進行支護，盾構(gòu)管片承載水壓、土壓、地層抗力等，其安全性能對于整個隧道工程至關(guān)重要。相比小比例尺試驗，整環(huán)足尺盾構(gòu)管片試驗?zāi)軌蚋鎸嵎从扯軜?gòu)管片在實際服役過程中的受力性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。實際工程中，管片承受的荷載為均布荷載，僅通過加載多個沿徑向的集中力，難以反映不同水深荷載條件的實際工況，特別是高水壓荷載條件下的大軸力小彎矩工況。

2、目前在盾構(gòu)隧道原型試驗中，采用對拉方式利用，對拉梁的反力對盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)施加徑向壓力，來模擬土壓對隧道結(jié)構(gòu)的作用；采用環(huán)箍方式，利用環(huán)箍錨索對盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)外表面的接觸壓力對結(jié)構(gòu)導(dǎo)入軸力，來模擬水壓對隧道結(jié)構(gòu)的作用。中國專利cn101403645b和cn211263008u中均利用環(huán)箍梁對管片環(huán)施加環(huán)箍力而產(chǎn)生軸力，同時使用對拉梁用于對管片結(jié)構(gòu)施加徑向壓力而產(chǎn)生彎矩，但是存在以下技術(shù)問題對加載試驗結(jié)果產(chǎn)生影響：1.采用平躺式加載方式，將盾構(gòu)隧道試驗管片環(huán)水平放置，與實際作業(yè)中盾構(gòu)管片豎直放置不符，忽略了盾構(gòu)管片自重的影響；2.對拉方式需要對盾構(gòu)管片打孔布設(shè)對拉錨索，對盾構(gòu)管片造成損害，且對拉梁加載形式為對稱加載，而實際隧道結(jié)構(gòu)所受荷載為非對稱形式，加之對拉梁數(shù)量較少，無法施加出較為真實的彎矩；3.環(huán)箍方式的加載梁兩側(cè)荷載不同，容易傾覆，環(huán)箍錨索收緊后與加載梁相互作用，容易發(fā)生斷裂，有較大的安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對豎直整環(huán)盾構(gòu)管片實現(xiàn)不同水深荷載條件的加載，能夠準(zhǔn)確反映盾構(gòu)管片實際受力，且試驗過程較為安全。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)，包括t型加載梁、環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)、作動器加載系統(tǒng)和支撐框架；多個t型加載梁均勻布設(shè)在整環(huán)管片外圓周上，所述t型加載梁包括支撐梁和梯形梁，梯形梁為橫截面為梯形的棱柱、底面平行于整環(huán)管片軸線，梯形梁一端固定在與之垂直的支撐梁中部，梯形梁通過環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)固定在整環(huán)管片上；支撐框架固定在地面上，所述整環(huán)管片軸線平行于地面通過作動器加載系統(tǒng)固定在支撐框架內(nèi)，所述環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)用于提供可調(diào)節(jié)大小的環(huán)箍力，所述作動器加載系統(tǒng)用于提供可調(diào)節(jié)大小的徑向力。

4、進一步地，所述每個梯形梁側(cè)面均勻布設(shè)多個環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)，所述環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)包括鋼絞線、千斤頂和力傳感器??；鋼絞線張拉端固定在梯形梁一側(cè)，鋼絞線張拉端穿過該梯形梁貼合整環(huán)管片環(huán)向一周，再次穿過同一梯形梁固定在同一梯形梁的另一側(cè)，固定在同一梯形梁另一側(cè)的鋼絞線端部即為鋼絞線固定端；鋼絞線張拉端安裝力傳感器ⅰ和千斤頂、鋼絞線固定端安裝力傳感器ⅰ。

5、進一步地，所述作動器加載系統(tǒng)包括作動器，力傳感器ⅱ和環(huán)向固定架，環(huán)向固定架同軸套裝在整環(huán)管片外，多個作動器均勻分布在每個梯形梁上，每個作動器沿整環(huán)管片徑向放置，所述作動器一端安裝力傳感器ⅱ與梯形梁頂面抵接，所述作動器另一端固定在所述環(huán)向固定架上。

6、進一步地，所述支撐框架包括內(nèi)圈型鋼、方框架和外部型鋼，方框架套裝在環(huán)向固定架外，與其共同構(gòu)成中心對稱圖形，環(huán)向固定架的環(huán)向均勻布設(shè)多個內(nèi)圈型鋼，所述內(nèi)圈型鋼沿整環(huán)管片徑向放置呈放射狀，所述內(nèi)圈型鋼一端固定在所述環(huán)向固定架上，所述內(nèi)圈型鋼另一端固定在方框架上；所述外部型鋼固定在方框架兩側(cè)，用于支撐所述方框架。

7、進一步地，所述作動器加載系統(tǒng)還包括環(huán)形底板，環(huán)形底板固定在環(huán)向固定架沿整環(huán)管片軸向的一側(cè)，整環(huán)管片端面與環(huán)形底板抵接，支撐梁與環(huán)形底板抵接，支撐梁的抵接面設(shè)有定向滑輪，用于支撐梁沿整環(huán)管片徑向移動。

8、進一步地，所述支撐梁和梯形梁連接處設(shè)有肋板，所述梯形梁側(cè)面與管片徑向的夾角為5°～25°。

9、進一步地，所述梯形梁兩側(cè)面開設(shè)橢圓孔，用于同一梯形梁上的鋼絞線穿過。

10、進一步地，在所述梯形梁兩側(cè)的鋼絞線與整環(huán)管片之間的空隙布設(shè)斜墊塊。

11、進一步地，鋼絞線采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，用于將鋼絞線固定端和鋼絞線張拉端的荷載差值控制在5％以內(nèi)。

12、進一步地，在所述梯形梁底面和整環(huán)管片之間的多個鋼絞線間隙中布設(shè)橡膠墊。

13、與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

14、1.本發(fā)明采用環(huán)箍力模擬水壓，徑向力模擬土層和地層抗力，并考慮了整環(huán)管片的自重影響；環(huán)箍力和徑向力的大小、t型加載梁數(shù)量及位置都可以根據(jù)荷載條件進行調(diào)整，能夠真實反應(yīng)整環(huán)管片在不同水深荷載條件的力學(xué)性能；與現(xiàn)有技術(shù)的加載梁對比，本發(fā)明的t型加載梁的梯形梁橫截面為梯形，能夠減少環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)在實驗過程中受到損壞，t型加載梁的支撐梁能夠解決受力后容易傾覆的問題。

15、2.本發(fā)明采用t型加載梁同時實現(xiàn)環(huán)箍鋼絞線和徑向作動器加載，可有效節(jié)省空間，且可以調(diào)整環(huán)箍鋼絞線及作動器的數(shù)量，適應(yīng)不通過荷載工況；作動器不需要對管片打孔布設(shè)對拉錨索，減少對管片的損害，通過調(diào)整作動器位置和施力大小，實現(xiàn)對稱布設(shè)或者非對稱布設(shè)。

16、3.本發(fā)明采用裝配式支撐框架，能對豎直放置的整環(huán)管片加載試驗，可根據(jù)試驗需求拼裝一環(huán)到多環(huán)盾構(gòu)管片試驗系統(tǒng)，實驗結(jié)束后可拆卸存放，操作便捷。

17、4.本發(fā)明通過肋板提供抗傾覆力矩，進一步減少t型加載梁傾覆風(fēng)險；梯形梁側(cè)面與管片徑向的夾角為5°～25°，使得鋼絞線和錨具連接處平滑過渡，既能保證環(huán)箍力良好的傳遞又能減少鋼絞線的斷裂。

18、5.本發(fā)明設(shè)置定向滑輪，使得t型加載梁能夠沿管片徑向移動，確保t型加載梁隨著整環(huán)管片受力后向內(nèi)收縮而徑向移動。

19、6.本發(fā)明梯形梁開設(shè)橢圓孔，采用固定斜墊塊將梯形梁附近鋼絞線與整環(huán)管片的空隙填滿，進一步避免鋼絞線受力斷裂。

技術(shù)特征：

1.一種適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)，其特征在于，包括t型加載梁、環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)、作動器加載系統(tǒng)和支撐框架；多個t型加載梁均勻布設(shè)在整環(huán)管片外圓周上，所述t型加載梁包括支撐梁和梯形梁，梯形梁為橫截面為梯形的棱柱、底面平行于整環(huán)管片軸線，梯形梁一端固定在與之垂直的支撐梁中部，梯形梁通過環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)固定在整環(huán)管片上；支撐框架固定在地面上，所述整環(huán)管片軸線平行于地面通過作動器加載系統(tǒng)固定在支撐框架內(nèi)，所述環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)用于提供可調(diào)節(jié)大小的環(huán)箍力，所述作動器加載系統(tǒng)用于提供可調(diào)節(jié)大小的徑向力。

2.如權(quán)利要求1所述的適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)，其特征在于，所述每個梯形梁側(cè)面均勻布設(shè)多個環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)，所述環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)包括鋼絞線、千斤頂和力傳感器ⅰ；鋼絞線張拉端固定在梯形梁一側(cè)，鋼絞線張拉端穿過該梯形梁貼合整環(huán)管片環(huán)向一周，再次穿過同一梯形梁固定在同一梯形梁的另一側(cè)，固定在同一梯形梁另一側(cè)的鋼絞線端部即為鋼絞線固定端；鋼絞線張拉端安裝力傳感器ⅰ和千斤頂、鋼絞線固定端安裝力傳感器ⅰ。

3.如權(quán)利要求2所述的適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)，其特征在于，所述作動器加載系統(tǒng)包括作動器，力傳感器ⅱ和環(huán)向固定架，環(huán)向固定架同軸套裝在整環(huán)管片外，多個作動器均勻分布在每個梯形梁上，每個作動器沿整環(huán)管片徑向放置，所述作動器一端安裝力傳感器ⅱ與梯形梁頂面抵接，所述作動器另一端固定在所述環(huán)向固定架上。

4.如權(quán)利要求3所述的適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐框架包括內(nèi)圈型鋼、方框架和外部型鋼，方框架套裝在環(huán)向固定架外，與其共同構(gòu)成中心對稱圖形，環(huán)向固定架的環(huán)向均勻布設(shè)多個內(nèi)圈型鋼，所述內(nèi)圈型鋼沿整環(huán)管片徑向放置呈放射狀，所述內(nèi)圈型鋼一端固定在所述環(huán)向固定架上，所述內(nèi)圈型鋼另一端固定在方框架上；所述外部型鋼固定在方框架兩側(cè)，用于支撐所述方框架。

5.如權(quán)利要求3所述的適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)，其特征在于，所述作動器加載系統(tǒng)還包括環(huán)形底板，環(huán)形底板固定在環(huán)向固定架沿整環(huán)管片軸向的一側(cè)，整環(huán)管片端面與環(huán)形底板抵接，支撐梁與環(huán)形底板抵接，支撐梁的抵接面設(shè)有定向滑輪，用于支撐梁沿整環(huán)管片徑向移動。

6.如權(quán)利要求1－5任一所述的適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐梁和梯形梁連接處設(shè)有肋板，所述梯形梁側(cè)面與管片徑向的夾角為5°～25°。

7.如權(quán)利要求6所述的適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)，其特征在于，所述梯形梁兩側(cè)面開設(shè)橢圓孔，用于同一梯形梁上的鋼絞線穿過。

8.如權(quán)利要求7所述的適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)，其特征在于，在所述梯形梁兩側(cè)的鋼絞線與整環(huán)管片之間的空隙布設(shè)斜墊塊。

9.如權(quán)利要求7所述的適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)，其特征在于，鋼絞線采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，用于將鋼絞線固定端和鋼絞線張拉端的荷載差值控制在5％以內(nèi)。

10.如權(quán)利要求7所述的適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)，其特征在于，在所述梯形梁底面和整環(huán)管片之間的多個鋼絞線間隙中布設(shè)橡膠墊。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于盾構(gòu)隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用不同水深荷載條件的整環(huán)盾構(gòu)管片加載系統(tǒng)，包括T型加載梁、環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)、作動器加載系統(tǒng)和支撐框架；多個T型加載梁均勻布設(shè)在整環(huán)管片外圓周上，T型加載梁包括支撐梁和梯形梁，梯形梁為橫截面為梯形的棱柱、底面平行于整環(huán)管片軸線，梯形梁一端固定在與之垂直的支撐梁中部，梯形梁通過環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)固定在整環(huán)管片上；支撐框架固定在地面上，整環(huán)管片軸線平行于地面通過作動器加載系統(tǒng)固定在支撐框架內(nèi)，環(huán)箍鋼絞線加載系統(tǒng)提供可調(diào)節(jié)大小的環(huán)箍力，作動器加載系統(tǒng)提供可調(diào)節(jié)大小的徑向力。本發(fā)明對豎直整環(huán)盾構(gòu)管片實現(xiàn)不同水深荷載條件的加載，準(zhǔn)確反映盾構(gòu)管片實際受力。

技術(shù)研發(fā)人員：喬浩玥,張旭喬,張勇波,黃剛,段樹坤,雷冠軍
受保護的技術(shù)使用者：中建工程產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30