[发明专利]环形隧道衬砌结构体系的高温力学性能试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验装置，特别是一种用于对环形隧道衬砌结构体系进行高温力学性能试验的装置。

背景技术

火灾会造成隧道衬砌结构体系混凝土、钢筋力学性能的降低，会导致衬砌结构体系承载能力的降低，可能引起隧道衬砌结构体系的坍塌。特别是对于装配式衬砌结构体系，如盾构隧道、沉管隧道等，还会导致接头等薄弱部位的性能下降，引起隧道漏水、甚至破坏。同时，隧道衬砌结构体系与地面结构物不同，其本身由于火灾造成的永久变形不仅会导致结构体系的内力发生重分布，造成体系承载能力的降低，而且会对地面建筑及临近的结构物产生不良影响。因此，通过试验研究隧道衬砌结构体系高温时(高温后)的力学性能是极为重要的问题。而开展这样的研究也亟需有综合性的试验系统来支持，但是，目前尚没有能够反应隧道火灾特点和衬砌结构体系受力特点的衬砌结构体系高温时(高温后)力学性能的试验系统。

对于隧道衬砌这类地下结构，当研究其结构体系高温时(高温后)的力学性能时，与地上结构相比，有如下几个方面的重要特点和不同：

(1)国内外实际火灾事故和火灾试验表明：隧道火灾升温速度快(最高可达到250℃/min)，达到的最高温度高(最高可达到1350℃)，火灾持续的时间长。为了描述隧道火灾的特点，目前国际上已建立了RWS(荷兰)，HC，RABT(德国)等温度-时间曲线。因此，在进行隧道衬砌结构体系高温时(高温后)力学性能的试验时，必须要营造出符合实际隧道火灾特点的升温环境(也即模拟这些已经建立的标准曲线)。

(2)相对于地上结构而言，隧道衬砌结构体系的受火方式为单面受火，同时另一面并非与空气而是与包裹其的岩土体(包括地下水)接触。

(3)由于隧道衬砌结构体系被岩土体包裹，地下水及周围岩土体会明显的影响衬砌结构体系内部温度的发展变化规律，进而影响其材料物理力学性能的变化。

(4)隧道衬砌结构体系是一种高次超静定结构，其与地层的相互作用相当复杂。因此，与地上结构不同，在试验中，需要反映出地层对结构体系的约束一地层抗力的作用。

(5)不同的温度—荷载工况会明显的影响隧道衬砌结构体系高温时(高温后)力学性能的变化。

鉴于此，在开展隧道衬砌结构体系高温时(高温后)的力学性能试验时必需要体现出上述特点。但是，由于进行衬砌结构体系高温试验时如何营造隧道火灾场景、如何加载以及如何反应隧道衬砌结构体系与地层的相互作用都面临着挑战，因此，目前能够模拟隧道火灾特点(升温速度快，最高温度高)、热边界(与岩土体接触)、衬砌结构体系受力特点(考虑地层抗力)及隧道衬砌结构体系受力状况，能安全、可靠的开展隧道衬砌结构体系高温时(高温后)力学性能试验的综合性试验系统尚未见报道。

而已有的一些装置只是进行构件试验，不能进行衬砌结构体系高温力学性能试验。且从研究内容来看，主要局限于研究隧道衬砌构件抗爆裂性能、衬砌构件内的温度分布以及火灾对隧道衬砌构件表面的损伤及防护措施。这些试验装置采用的升温方式如表1所示：

表1  目前进行结构体系火灾试验时使用的升温方式