[发明专利]多级、主控加载小量程隧道卧式平面模型试验装置系统

说明书

技术领域

本发明属于试验装置领域，涉及隧道及地下建筑工程的相似模型试验，尤其是在考虑平面应变条件下土体与隧道结构相互作用及土体变异对隧道结构受力影响等问题的模型试验研究。

背景技术

相似模型试验作为一种对隧道及地下建筑结构受力分析问题研究的重要技术手段一直在国内外被广泛重视与应用，模型试验装置系统的设计与制作优良与否将直接影响模型试验结果的科学性、可靠性和实用性。国内外学者对模型试验方法的研究及模型试验装置的设计研究都有长期、深入的开展，但是目前对于二维平面卧式模型试验装置系统的研究成果还相对较少，主要集中在立式平面模型箱体系统的研究与设计应用中。由于相似模型试验的理论基础决定了各种结构尺寸将按规则一定比例的缩小，导致外界施加荷载需要根据相似理论按比例关系减小，这要求加载装置必须可实现荷载小数量逐级加载，另外，为了便于试验量测，模型采用平面卧式模型箱体系统，加载需提供侧向加载。根据特殊的加载方式、小量级荷载及高灵敏度自控等具体要求，需对现有传统的千斤顶进行筛选，现有传统的手动液压千斤顶不能侧向加载，传统的螺旋式机械千斤顶量程过大、灵敏度低，传统的分离式液压千斤顶量程过大、控制难度大，因此，需独立研究发明新的模型试验装置系统，实现常规模型试验中小量程、多级、主控加载功能，同时，能在平面卧式模型系统中实现侧向加载。

另外，在理论模型中假定理想状态，即模型构件系统之间没有摩擦。实际模型试验中，系统构件接触面之间的摩擦影响不可避免，特别是在通过承载板方式传递荷载中易发生摩擦消耗与荷载松弛，如何通过技术手段处理使得摩擦尽可能的降低到最小程度也是需要解决的一个技术问题。

发明内容

为了克服上述在模型试验中遇到的技术问题，本发明提供了一种隧道卧式平面模型试验系统，可以实现平面侧向小量程、多级、主控加载方式，同时能尽可能的减小摩擦影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种实现多级、主控加载小量程隧道卧式平面模型试验系统，包括实现直接施加并传递荷载的加载内框、提供试验反力支撑的反力架外框、以及螺栓机械啮合顶进并配合高灵敏度拉压传感器量测组合加载装置，反力架外框与加载内框通过加载装置连接成整体箱体系统。

进一步，加载内框包括木板、钢板、减摩处理的钢珠以及自锁螺丝钉，加载内框采用木板与钢板叠合结构，钢珠和自锁螺丝钉布置在木板上；反力架外框包括型钢、有机玻璃盖板、井字形方钢管和底部承载板，井字形方钢管压在有机玻璃盖板上，底部承载板位于整个系统底部；加载装置包括加载螺栓、高灵敏度拉压传感器、加载作用螺母、自锁作用螺母和防内移作用螺母，螺栓和加载作用螺母、自锁作用螺母和防内移作用螺母配合安装，螺栓的一端 嵌入高灵敏度拉压传感器。

所述内框木板左右端部加工成榫头形状。

所述内框木板上下端部埋有自锁螺丝钉并嵌有钢珠。

所述型钢采用的材料为槽钢。

所述各构件之间均采用活动联接，如螺栓联接。

可采用空间压力传感器或者压力传感器或者位移计实现加载量测控制。

针对平面卧式箱体侧向实现小量程、多级、主控加载功能的技术问题，本发明采用简单而又传统的精细螺距螺栓、高强度螺母组合通过齿轮机械啮合顶进提供荷载，并同时将螺栓的一端嵌入高灵敏度拉压传感器，通过传感器测实时监测螺栓顶进施加荷载值，实现模型加载小量程、多级、主控功能，本发明还能根据不同土体的压缩性能，通过施加荷载承载板所产生的位移情况测定荷载大小，并与传感器测得的荷载进行对比修正。另外，模型加载内框A中布置了模型空间压力传感器可获取实际作用于结构中的荷载大小，分析外部施加荷载的传递路径及影响范围。

针对模型试验装置构件的系统摩擦问题，本发明分别采用了两种技术手段，对于承载板在位移荷载施加过程中的接触端部摩擦以及相互阻挡问题，采用将承载板加工成中国传统木结构技术中的榫头型式，相互之间可咬合但不接触来消除左右端部摩擦影响；对于承载板在有机玻璃板、底部承载板压力之下产生摩擦，采用在承载板上下端部钻孔埋入自锁螺丝钉并嵌入钢珠，将承载板端滑动摩擦减小为钢珠滚动摩擦，实现构件之间的摩擦力降低消除。

为了使模型试验箱体即装即拆，构件全部采用螺栓拼接，模型装置拆装便捷、快速、省力，并可实现模型装置的加工、重组的多次重复使用。

所述的模型试验装置各种结构的承载能力、变形特性、几何尺寸及构件选择均通过相关理论计算、数值分析手段进行设计确认，从而使结构设计更加可靠、经济、科学。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下优点：