[发明专利]一种单孔沉管隧道顶板耐火性能试验加载装置

说明书

本发明公开了一种单孔沉管隧道顶板耐火性能试验加载装置，滚轴加载装置是传力杆与液压千斤顶作用头固定，滚槽基座与一级分配梁固定，滚轴曲面与滚槽基座曲面相同；轴承加载装置是一级分配梁穿过轴承并用实心半滚轴填充上下间隙，轴承下部与二级分配梁固定；自平衡反力架和液压加载装置为四个三脚架传力装置提供向下的力。本发明提供了沉管隧道在单孔火灾以及外部荷载大的工况下的一种加载装置，克服荷载传递不均匀的缺陷和不足，能够满足单孔沉管隧道耐火性试验的要求；通过滚轴加载装置与轴承加载装置，使自平衡反力架、液压千斤顶、一二级分配梁形成整体，解决荷载大加载装置稳定性问题，保证试验的安全性；为多孔沉管隧道工程发生不同火灾工况研究与设计提供有力的支持。

技术领域

本发明涉及地下工程结构火灾试验技术领域，可以模拟沉管隧道单孔火灾模型顶板试验中外部荷载的加载装置。

背景技术

随着地下空间的开发，沉管隧道在过江、过海隧道中的应用广泛，由于隧道深埋于水下，空间有限且出入口十分受限，火灾作为隧道的主要灾害，对人员的生命和设备的运行造成巨大威胁，甚至影响结构安全和密闭性，造成结构变形、渗漏水等严重后果。国内外学者对沉管隧道火灾试验研究逐渐重视，而大比例相似模型试验也渐渐成为隧道工程研究领域的手段。以往采用水和沙土加载装置或者采用均布加载装置来模拟海底隧道的外部荷载，研究沉管隧道火灾试验时采用水和沙土加载装置对试验过程中结构响应不能很好的观测；采用均布加载装置在加载过程中会产生不均匀变形导致加载装置的转动，以往通常采用在荷载较小的板上，加载装置并不高安全性得于保证；而大比例相似隧道模型需要较大的外部荷载，导致采用的均布加载装置过高，且由于加载装置的转动使力的传递不均以及安全得不到保障。随着隧道专业研究的逐渐深入对大比例隧道模型试验加载装置、安全和精度都提出了更高的要求。

发明内容

针对沉管隧道单孔火灾模型试验中存在的问题，本发明提供一种在荷载大、火灾工况不对称情况下的加载装置，克服荷载传递不均匀的缺陷和不足，解决荷载大加载装置稳定性问题，保证试验的安全性，为今后隧道火灾研究工作提供试验参考。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单孔沉管隧道顶板耐火性能试验加载装置，包括自平衡反力架、液压加载装置、两种不同转动形式的加载装置、三脚架传力装置；所述的两种不同转动加载装置分别包括滚轴加载装置和轴承加载装置；

所述滚轴加载装置包括传力杆、滚轴和滚槽；所述传力杆的一端与液压加载装置的加载端连接，另一端与滚轴固定连接；所述滚轴置于滚槽内，并且滚轴曲面与滚槽曲面相同；所述滚轴加载装置通过第一可拆卸的连接装置固定在一级分配梁的正中间，加载过程中通过滚轴传力装置实现平面内的转动；

所述轴承加载装置包括轴承、实心半滚轴和第一半球体；所述轴承的内圆周上固定所述实心半滚轴，并且所述一级分配梁穿过轴承的内圆，并且两端分别于实心半滚轴顶抵；所述轴承的外圆周底部通过第二可拆卸的连接装置固定在二级分配梁正中间，第一半球体的平面端固定在二级分配梁底面两端；

所述第一半球体的球面端与三脚架传力装置的上端面顶抵，三脚架传力装置的下端面设置在沉管隧道的上表面；

所述液压加载装置固定在自平衡反力架的顶梁；自平衡反力架底梁中线放置在沉管隧道纵向方向长度中线上；液压加载装置通过电脑控制荷载速率和荷载大小，作用在自平衡反力架顶梁和沉管隧道顶板上，力传递到沉管隧道与自平衡反力架的底梁上通过自平衡反力架的立柱达到反力架的自平衡。

在一较佳实施例中：所述液压加载装置为液压千斤顶，其通过上锚板、拉杆和下锚板固定在自平衡反力架的顶梁上。

在一较佳实施例中：所述三脚架传力装置包括钢垫板、空心圆钢管；所述空心圆钢管的一端连接在钢垫板的下表面，多个空心圆钢管沿着钢垫板的下表面周向旋转对称分布，空心圆钢管根据所需荷载大小设置其相互之间的角度，相邻的两个空心圆钢管之间连接有钢筋作为拉杆。