[发明专利]一种基于大桥沉管隧道模型三维加载试验平台及试验方法

说明书

本发明公开了一种基于大桥沉管隧道模型三维加载试验平台，通过垂向加载系统、水平加载系统和与沉管隧道斜边垂直加载系统，实现模拟沉管隧道在实际工程中的受力情况，提高试验的精度，便于观测试验过程中结构的响应。沉管隧道两端自由端通过有效长度的节段接头作为边界约束，克服以往边界约束条件不足的缺点。从而提供了一种沉管隧道在不同工况下管节接头以及节段接头力学行为研究所需的三维加载试验平台，能够满足接头以及管段研究的试验要求；克服传统研究沉管隧道节段接头更换困难，节省试验经费，为沉管隧道在不同工况下接头以及管段研究和设计提供参考。

技术领域

本发明涉及地下工程模拟试验技术领域，可以模拟沉管隧道在不同工况下(如扭转、弯曲、剪力等)管节接头以及节段接头力学行为研究的三维加载试验平台。

背景技术

沉管隧道是建于水中的隧道，为了防止外界水进入隧道内的情况发生，就必须保证隧道的气密性。依托于港珠澳大桥沉管隧道试验模型，接头部位相对于管段本身来说无论从强度、刚度和气密性都是偏弱的。沉管隧道的破坏一般都是从薄弱位置开始破坏，即接头部位，一旦接头因破坏而渗水，对生命财产安全都有着极大的威胁，同时也给修复带来很大的困难。国内外学者对于沉管隧道接头研究相当重视，为了能更好的模拟实际工况对接头和管段的影响，通常采用水、土加载装置实现三维加载但同时对于试验过程中结构响应得不到很好的观测，由于隧道本身是狭长型的结构，试验过程中只取一段研究，对于隧道两端自由端没有很好的约束。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形式和精度都提出了更高的要求。

发明内容

针对沉管隧道模型试验中存在的问题，本发明提供了一种沉管隧道在不同工况下管节接头以及节段接头力学行为研究所需的三维加载试验平台，能够满足接头以及管段研究的试验要求；克服传统研究沉管隧道节段接头更换困难，节省试验经费，为今后研究沉管隧道在不同工况下(如扭转、弯曲、剪力等)接头以及管段研究和设计提供试验参考。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于大桥沉管隧道模型三维加载试验平台，其特征在于：包括梁板式筏基、液压加载系统、计算机控制系统、型钢反力架、扶壁式挡土墙和反力墙；

所述梁板式筏基留有固定液压千斤顶基座的螺栓孔以及型钢反力架地锚孔；

所述液压加载系统包括垂向加载系统、水平加载系统和与沉管隧道斜边垂直加载系统，垂向加载系统包括液压千斤顶组阵列布置在隧道顶板上实现垂直向下加载和隧道底板下实现垂直向上加载，水平加载系统包括液压千斤顶组阵列布置在左右两侧墙上实现水平加载，垂直加载系统包括液压千斤顶组阵列布置在隧道两侧斜边上实现隧道斜边加载，所有的液压千斤顶通过计算机系统组合控制实现隧道在不同工况下的三维加载或平面加载；

所述沉管隧道外部阵列布置有型钢反力架组共11个，其包括柱、斜梁和顶梁，柱通过地锚固定在梁板式筏基上，斜梁与柱和顶梁连接；

所述扶壁式挡土墙底板留有与梁板式筏基固定的螺栓孔，墙上留有与隧道截面形状一致的螺栓孔固定有效的隧道节段接头；所述中反力墙留有与隧道截面形状一致的螺栓孔固定有效的隧道节段接头。

在一较佳实施例中：所述隧道顶板上的液压千斤顶组共为66个，左右两斜墙液压千斤顶组各为11个，左右两侧墙液压千斤顶组各为11个，隧道底板下液压千斤顶组共为88个，所有198个液压千斤顶通过计算机系统组合控制对隧道进行三维加载或平面加载，每个液压千斤顶与隧道之间都通过半球体传递力，实现不同工况下力总垂直于隧道面加载。

在一较佳实施例中：所述液压千斤顶的钢方柱体中间留有比液压千斤顶外壳直径稍大的圆柱孔，液压千斤顶基座底部并留有液压千斤顶液压油管走线孔，液压千斤顶基座底部四角留有与梁板式筏基相对应的螺栓孔，用于固定液压千斤顶。

在一较佳实施例中：所述型钢反力架柱的斜梁角度与隧道斜墙一致，其两端用钢垫板通过高强螺栓与柱、顶梁固定或采用焊接连接。