[发明专利]一种卧式隧道衬砌模型试验台模块化加载机架

说明书

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，特别涉及隧道衬砌模型试验研究用的加载机架。

背景技术

加载机架是隧道衬砌模型试验研究中的主要受力结构，也用于本试验研究中其他设备的安装、定位，是得到可靠试验数据的关键结构。

现有加载机架由纵向、横向、垂向加载结构三大部分组成，实现隧道衬砌模型的六面加载。在纵向、横向方向对称布置有八个加载座，用于安装八个水平推力液压缸。在垂向顶部布置四个反力座，抵抗上盖板上四个竖直反力液压缸传来的垂向力；垂向底部设置承载台面，从而实现对隧道衬砌模型上下的固定及施力。纵向加载结构由两根平放在地面上平行的整体“凹”形箱形梁构成，在“凹”形箱形梁两端上部高于承载台面处对称设置加载反力座，加载反力座与底部连接梁之间采用“L”形直角过渡，过渡区采用三角形截面梁进行补强。横向加载结构采用对称结构，布置在垂向加载结构立柱外侧，且与垂向加载结构基座焊接在一起，由上部加载反力座和下部台柱组焊而成“门”形结构，两者均为箱形梁结构，顶部箱形梁与底部两根箱形梁采用对接焊，在两者结合处采用三角形截面梁进行补强。垂向加载结构由两组平行的“门”形拼焊结构和承载台面组成，顶部为布置有反力座的箱形梁，外侧为箱形结构的立柱，立柱与基座采用销接结构，侧面设置用于侧向翻转的驱动液压缸，基座与纵向加载结构用钢板焊接起来，底部为混凝土顶部加钢板结构。

试验时，在承载台面上居中安放隧道衬砌模型，周边施以围岩，在八个加载座上安装相应驱动液压缸，在垂向加载结构上安放反力液压缸，由控制机构控制液压缸的压力对模型实施六面均匀加载，以模拟隧道衬砌实际受力情况，测试衬砌的应力分布。

采用现有加载机架的问题是：纵向加载机架设计为两根平行梁结构，梁结构之间采用钢板焊接连接，增加了制造成本，且因液压缸施力时间差易形成菱形结构，影响加载精度；在“凹”形箱形梁两端的加载座采用“L”形直角过渡，过渡区采用三角形截面梁进行补强，易造成应力集中，且加载反力座变形较大，影响加载测试精度。横向加载结构顶部箱形梁与底部两根箱形梁采用对接焊，连接处采用三角形截面梁进行补强，此结构在对接焊缝处应力集中；所有横向力均由四块与垂向加载结构基座对接焊的钢板承担，在对接焊缝处应力集中。垂向加载结构设计成立柱与顶部箱形梁可以绕基座旋转结构，须要液压机构进行控制，且要在基座上设置安全挡，增加了成本和不安全因素；而且二基座与纵向加载结构之间的连接也采用直角型式连接，易造成应力集中。需要桥式起重机及其配套设备，对环境改造较大，投入成本大。

发明内容

本发明的目的是提供一种卧式隧道衬砌模型试验台模块化加载机架，使用该加载机架的制造成本低，对实验室顶部空间要求不高，无须添设桥式起重机及其配套设备，拆装容易，结构整体强度和刚度大，能保障试验的准确性和安全。

为解决原有结构上的问题，增强实验室空间适应性，降低制造成本，保障安全，易于拆装，本发明所实施的具体技术方案是：该隧道衬砌模型试验的加载机架，纵向加载结构为一整体“凹”形箱型结构，在两端对称布置两组加载座，每组加载座在同一钢板上；加载座背面在力的传递方向施加弧形加强筋板，两侧板为大圆弧结构，在中部开设带圆弧角的方孔，它的纵向筋板、加载座和横向筋板与两侧板焊接；横向加载结构为直角梯形，斜边与上边大圆弧过渡，内部设置加强筋，该结构与垂向加载结构立柱之间通过挡板定位，高强度螺栓固定；立柱顶部的箱形反力梁与立柱通过高强度螺栓连接；立柱中部设有与横向加载座相连接的装置，底部为U形开口及连接接口与底部连接梁连接；底部连接梁穿过纵向加载结构，整个垂向加载结构呈“回”形结构。底部承载台采用混凝土上铺钢板结构。

与现有技术相比，本发明的有有益效果在于：

纵向为带大圆弧过渡和圆弧斜撑的“凹”形整体结构，不再是两根平行梁，减少了制造成本，增加了整体刚度，保证了试验精度；在反力座与底部连接处截面变化处均采用大圆弧过渡，在中部垂向加载结构底部连接横穿处设置有圆角矩形，以实现垂向加载结构的整体“回”形结构，且利于减少连接过渡区的应力集中。

横向、垂向加载结构连接起来，在纵向截面形成“回”形外加斜撑整体结构，横向截面形成“凹”形整体结构，将横向和垂向受到的力全部变为整体结构的内力，增加了装置的稳定性，减少了连接过渡区的应力集中。

所有加载结构均布置在一个水平面上，便于安装；所有结构均无须地面固定，减少了地面整理工作，降低了成本。

所有加载结构均采用模块化设计，每个模块均可单独制造，模块间采用承载板或者高强度螺栓连接，安装简单，即使拆迁也不会对原功能结构造成破坏。