[发明专利]一种复杂环境下钢顶管受力特性研究试验装置及方法

权利要求书

1.一种复杂环境下钢顶管受力特性研究试验装置，包括工作台(1)，其特征在于：所述工作台(1)的下端左右对称固定连接有两个立板(2)，所述工作台(1)的下端中间位置固定设置有双轴电机(3)，所述双轴电机(3)的左右两端输出轴均固定连接有转动螺杆(4)，所述转动螺杆(4)的一端通过轴承与立板(2)的侧壁转动连接，所述转动螺杆(4)的杆壁螺纹套接有支撑板(5)，所述支撑板(5)的上端通过工作台(1)表面开设的矩形开口(6)贯穿工作台(1)的上端且固定连接有电动滑轨(7)，所述电动滑轨(7)内滑块的上端固定连接有支撑柱(8)，所述支撑柱(8)的上端固定连接有固定套环(9)，所述固定套环(9)内通过轴承转动连接有固定圆柱(10)，所述固定圆柱(10)的外壁固定套接有从动齿轮(11)，所述固定套环(9)的上端固定设置有旋转电机(12)，所述旋转电机(12)的输出轴固定连接有与从动齿轮(11)啮合的主动齿轮(13)，所述固定套环(9)的表面开设有用于主动齿轮(13)伸入的通口(14)，所述固定圆柱(10)的内部开设有横向设置的注油槽(15)，所述固定圆柱(10)的内部对称开设有多个与注油槽(15)连通的通油槽(16)，所述通油槽(16)内套设有活塞(17)，所述活塞(17)的一端固定连接有延伸杆(18)，所述延伸杆(18)的一端通过固定圆柱(10)侧壁开设的通孔伸出固定圆柱(10)外，位于同侧多根所述延伸杆(18)的外端固定连接有同一个弧形顶推板(19)，所述固定圆柱(10)的一端外侧固定连接有与注油槽(15)连通的注油头(20)；

所述工作台(1)的上端后侧固定连接有“F”形结构的安装板(21)，所述安装板(21)上下相对一侧侧壁均固定连接有多根伸缩气缸(22)，位于同侧多根所述伸缩气缸(22)的输出端固定连接有同一个定位板(23)，两个所述定位板(23)相对一侧均固定卡接有弧形测试板(24)，所述弧形测试板(24)的内侧嵌设有多个压力传感器(25)，所述弧形测试板(24)的内侧还固定设置有一层摩擦垫。

2.根据权利要求1所述的一种复杂环境下钢顶管受力特性研究试验装置，其特征在于：所述工作台(1)对应矩形开口(6)的内壁固定连接有多根限位滑杆(26)，所述支撑板(5)的侧壁开设有多个与限位滑杆(26)滑动套接的滑孔。

3.根据权利要求1所述的一种复杂环境下钢顶管受力特性研究试验装置，其特征在于：所述工作台(1)的底部四角处均固定连接有支撑腿(27)。

4.根据权利要求1所述的一种复杂环境下钢顶管受力特性研究试验装置，其特征在于：所述支撑柱(8)的下端和电动滑轨(7)内滑块的上端之间对称固定连接有多个加强肋板。

5.根据权利要求1所述的一种复杂环境下钢顶管受力特性研究试验装置，其特征在于：所述弧形测试板(24)靠近定位板(23)的一侧固定连接有限位螺柱(28)，所述定位板(23)的表面开设有与限位螺柱(28)螺纹连接的限位螺槽(29)。

6.根据权利要求1所述的一种复杂环境下钢顶管受力特性研究试验装置，其特征在于：所述定位板(23)的表面对称开设有多个插孔且插孔内活动插设有紧固插杆(30)，所述弧形测试板(24)的外侧开设有多个与紧固插杆(30)对应插接的紧固插槽(31)，多根所述紧固插杆(30)的外端固定连接有同一个防脱板(32)，所述定位板(23)的外侧固定卡接有压接在防脱板(32)外的U形压板(33)，所述定位板(23)的外侧对称固定连接有两个T形卡块(34)，所述U形压板(33)两个竖直部的侧壁均开设有与T形卡块(34)匹配卡接的T形卡槽(35)，所述U形压板(33)的水平部开设有多个插孔且插孔内活动插设有卡紧杆(36)，所述防脱板(32)的外侧开设有多个与卡紧杆(36)对应插接的卡紧槽(37)，多根所述卡紧杆(36)的外端固定连接有同一个卡紧拉板(38)，所述卡紧拉板(38)和U形压板(33)相对一侧固定连接有多个分别套设在多根卡紧杆(36)外的卡紧弹簧(39)。

7.一种基于权利要求1-6其中一项的复杂环境下钢顶管受力特性研究试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.将钢顶管等比例缩小尺寸得到试验用的模型钢顶管构件，将构件放置在两个固定圆柱(10)之间，启动双轴电机(3)，双轴电机(3)带动两根转动螺杆(4)转动，再通过转动螺杆(4)和支撑板(5)的螺纹套接作用使得支撑板(5)带动电动滑轨(7)移动，使得两个固定圆柱(10)相互靠近并支撑在构件的内侧；

S2.再通过注油头(20)向注油槽(15)内通入压力油，进而通过通油槽(16)向外顶推活塞(17)，活塞(17)通过延伸杆(18)带动弧形顶推板(19)向外移动，使得多个弧形顶推板(19)从内部稳定支撑钢顶管构件，能够适用于不同尺寸的钢顶管构件进行快速装持，提高了试验效率；

S3.通过限位螺柱(28)和限位螺槽(29)的螺纹连接实现弧形测试板(24)与定位板(23)之间的快速连接，再将紧固插杆(30)插接在紧固插槽(31)内实现对弧形测试板(24)的进一步固定限位，再通过T形卡块(34)和T形卡槽(35)的匹配卡接使得U形压板(33)压接在防脱板(32)的外侧实现对紧固插杆(30)的稳固固定，此时多根卡紧杆(36)对准卡紧槽(37)，卡紧弹簧(39)回拉卡紧拉板(38)，卡紧拉板(38)将卡紧杆(36)推进卡紧槽(37)内即可实现U形压板(33)与防脱板(32)之间的稳固连接，大大提高了结构稳固性且能够实现对弧形测试板(24)的快速拆装；

S4.再通过电动滑轨(7)将钢顶管构件送入安装板(21)的内侧，启动伸缩气缸(22)，伸缩气缸(22)推动定位板(23)移动，进而使得弧形测试板(24)压持在钢顶管构件的外侧实现对其外侧受压的挤压侧视，压力传感器(25)的设置能够对挤推力进行精准的确认，在需要对构件其他方位位置进行挤压测试时，旋转电机(12)带动主动齿轮(13)转动，通过主动齿轮(13)和从动齿轮(11)的啮合作用带动固定圆柱(10)转动，进而带动钢顶管构件转动，实现对钢顶管构件各个方面的挤压测试，使得测试精度更加准确；

S5.在进行摩擦阻力测试时，调整弧形测试板(24)内侧不同摩擦系数的摩擦垫，旋转电机(12)带动主动齿轮(13)转动，通过主动齿轮(13)和从动齿轮(11)的啮合作用带动钢顶管构件转动，能够使得钢顶管构件与弧形测试板(24)相对位移摩擦，伸缩气缸(22)推动弧形测试板(24)的挤压能够调整摩擦力的大小，能够对钢顶管构件进行不同程度的摩擦力测试，测试精度高。