[发明专利]钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及地下工程支护材料试验领域，具体地说是一种钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置及使用方法。

背景技术

随着我国经济社会的发展，地下矿井、隧道、地铁、水电硐室等修建越来越多，更多的工程处于恶劣地质条件，随之面临的支护问题也越来越突出。在常规锚网喷支护及工字钢、U型钢支护无法满足要求的前提下，钢管混凝土拱架在工程中的应用越来越广泛，尤其是当工程埋深、断面较大，或是处于某些软弱地层之中时，钢管混凝土拱架的优越性体现得愈发明显。

在钢管混凝土拱架的设计施工中，拱架套管节点的力学特性直接影响拱架的承载力，并最终决定支护效果。然而，由于现有的偏心试验装置无法实现进行大偏心加载，且偏心率仅能实现呈梯度变化而不是连续变化，同时试验装置缺少转角监测系统；而钢管混凝土套管节点的转角将会很大，且需要大偏心荷载，所以目前的试验系统完全无法开展相应试验，以至于目前缺乏此方面的试验研究，不能通过试验准确获取钢管混凝土拱架套管节点的偏压力学特性，导致钢管混凝土套管节点偏压力学性能无法进行研究，支护设计、施工缺乏依据。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置及使用方法，该装置及使用方法能够实现加载的偏心率连续变化，同时可测得试件的转角变化，进而为钢管混凝土拱架的设计提供参考依据。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案包括：钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置，包括用于安装套管节点试件的一对加载滑道，所述加载滑道上下布置且相互平行，加载滑道上设有滑块，所述滑块与加载压头相配合，加载压头通过滑块为套管节点试件加压，滑块沿加载滑道移动以实现加载偏心距的调整；在加载滑道上安装有位移传感器以检测套管节点试件的转角变化。

进一步的技术方案为：所述加载滑道上沿其轴线方向设有贯通的T型槽，所述滑块通过T型螺栓安装在加载滑道上。T型槽与T型螺栓配合的时候会对T型螺栓的头部形成限位，因此，只需拧紧螺母即可将滑块的位置固定，T型螺栓的头部无需使用扳手操作，而如果采用常规螺栓，则会因下端无法被扳手操控而导致连轴转，无法拧紧。

进一步的技术方案为：所述滑块与加载压头相配合的面上设有V型槽，加载压头伸入V型槽内。加载压头的形状为刀形，在滑块上设置V型槽与加载压头的形状相配合，使两者的配合更加稳固。

为了给套管节点试件发生较大变形时留出变形空间，进一步的技术方案为：所述加载压头与V形槽的一侧紧密贴合，另一侧存在空隙。

进一步的技术方案为：所述的位移传感器为拉线式位移计，在其中一个加载滑道的两端分别安装拉线式位移计。拉线式位移计设有拉线端头，将拉线端头固定到其相对的加载滑道的端部，试验时，实时采集两拉线式位移计的数据，从而可通过数学运算，得到套管节点试件两端截面的相对转角。

进一步的技术方案为：与上方的滑块相配合的加载压头与液压油缸相连接，与下方的滑块相配合的加载压头安装在试验台底座上。加载用的液压油缸还可以为气缸或者电缸等其他加载装置。

所述的套管节点试件两端设有端板，端板上设有固定螺栓孔，用于将套管节点试件固定在加载滑道上；此外，套管节点试件的两端均焊接有加劲肋，用于防止应力集中导致试件撕裂。在加载压头上设有用于安装压头的压头螺栓孔，在滑块上设有用于安装滑块的滑块螺栓孔。

本发明解决其技术问题的技术方案还包括：钢管混凝土拱架套管节点大偏心试验装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤(1)：采用高强螺栓通过压头螺栓孔将上部的加载压头固定在液压油缸端头上；采用高强螺栓通过压头螺栓孔将下部的加载压头固定试验台底座上；

步骤(2)：根据设计的偏心距，将滑块沿加载滑道移动到设定位置，利用高强螺栓通过滑块螺栓孔将滑块固定在加载滑道上；

步骤(3)：采用高强螺栓通过固定螺栓孔将套管节点试件与上下加载滑道相连，将套管节点试件安装在上下加载滑道之间；

步骤(4)：将连接好的套管节点试件、上下加载滑道、上下滑块及上部的加载压头和液压油缸放置在下端的刀形加载压头上，使下部的滑块的V型槽与加载压头的刀头贴合；

步骤(5)：调整液压油缸的端头的高度，使上滑块的V形槽与上加载压头的刀头贴合；

步骤(6)：将两个拉线式位移计固定在加载滑道的两端，拉线式位移计的拉线端头固定到其相对的加载滑道的端部；

步骤(7)：用液压油缸加载，直至试验结束；