一种管节加载试验分配梁、试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及管节加载技术领域，特别是指一种管节加载试验分配梁、试验装置及试验方法。
背景技术
为更精准地研究管节的力学特性及变形性能，常采用足尺试验模型进行加载。因卧式加载系统设计简单，体系可靠，管节的力学试验通常采用卧式加载，卧式加载时，管节的端面与找平后的结构面之间的摩擦力较大，直接进行径向加载会影响试验结果的精度，因此需要采取相应的措施减少摩擦力。
目前最常见的措施是在管节底部安装钢垫板，在钢垫板的表面涂抹润滑剂，该方法减摩效果一般，尤其采用多环管节试验时，底部管节断面的磨损比较严重，同时没有预留相应的底部操作空间难以实现竖向加载；也有采用滑动支座以保证试验环底自由滑动，支座可由支撑部分和小轮组成，也可由支撑部分和钢珠组成，两者均可以减小传力分配梁的摩擦力，而对于管节摩擦力减小没有显著效果，因此急需一种能够有效减小管节与结构面的摩擦力，且能够提供竖向加载力的传力分配梁装置。
此外，现有的管片加载装置如授权公告号CN108663271B的马蹄形盾构管片结构承载力性能卧式加载试验系统及方法通过千斤顶和钢绞线可对管节进行周向加载试验，但是上述加载试验系统仍没有解决管节磨损问题，且上述加载试验系统形式单一，加载方向受限，加载数据测试不完全，进而影响试验精度。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种管节加载试验分配梁、试验装置及试验方法，解决了现有技术中管节加载试验装置试验精度低的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种加载试验传力分配梁，包括用于承载管节的支撑梁架，优选地，所述支撑梁架为L型梁架，L型梁架包括横梁和竖梁，管节放置在横梁上。支撑梁架上连接有径向加载装置，用于对管节进行径向加载，支撑梁架底部设有滑移装置，减小管节在进行径向加载试验中的磨损。优选地，所述滑移装置包括设置在支撑梁架横梁底部的限位孔，限位孔内滚动设有球体。支撑梁架的竖梁包括若干个相互连接的中间连接梁。
一种管节加载试验装置，包括若干个上述的加载试验传力分配梁，加载试验传力分配梁的支撑梁架沿管节周向设置，对管节形成环形支撑。
根据需要所述径向加载装置为推进油缸机构、中心内拉机构或张拉油缸机构。便于安装和操作，径向加载装置连接在L型梁架的竖梁上，滑移装置设置在L型梁架的横梁底部；L型梁架的竖梁包括若干个相互连接的中间连接梁。
优选地，所述推进油缸机构包括设置在支撑梁架外侧的反力架，反力架与支撑梁架之间设有径向油缸；所述径向油缸的伸缩端与设置在支撑梁架上的径向定位环相连接，所述径向油缸的固定端与反力架相连接。
优选地，所述中心内拉机构包括设置在管节内侧的拉力环，且拉力环的中心轴线与管节的中心轴线重合，拉力环与支撑梁架之间连接有径向锚索，径向锚索的端部与设置在支撑梁架上的千斤顶连接。
优选地，所述张拉油缸机构包括环箍锚索，支撑梁架上设有张拉油缸，环箍锚索的两端分别与相对设置的两个支撑梁架上的张拉油缸连接。
进一步，所述支撑梁架的上部设有竖向加载装置。优选地，所述竖向加载装置包括设置在支撑梁架竖梁顶部的顶部支架和竖向锚索，顶部支架上设有竖向油缸，竖向油缸的伸缩端穿过顶部支架，顶部支架与支撑梁架之间设有竖向锚索。具体地，顶部支架上设有顶部锚孔，支撑梁架的横梁上设有底部锚孔，顶部锚孔与底部锚孔一一对应，竖向锚索的两端分别连接在顶部锚孔与底部锚孔内。
一种管节加载试验装置的试验方法，步骤如下：
S1：将A型梳齿构件和B型梳齿构件的梳齿部分正交放置，形成可供球体放置的槽孔，槽孔与设置在支撑梁架横梁底部的限位孔相对应；
S2：将各球体放置在形成的槽孔内，同时或之后吊运支撑梁架，将支撑梁架底部的限位孔对准各球体，下放支撑梁架直至球体与限位孔完全接触；
S3：依次抽出A型梳齿构件和B型梳齿构件，人工调整支撑梁架直的平面位置，完成滑移装置的安装，然后将管节放置在支撑梁架的横梁上；
S4：进行径向加载试验或竖向加载试验或径向加载试验+竖向加载试验；
其中，径向加载试验时：将径向加载装置与支撑梁架连接，通过径向加载装置对管节周向进行径向加载，观察管节周向受力情况；
竖向加载试验时：将竖向加载装置与支撑梁架连接，通过竖向加载装置的竖向油缸对管节环宽方向进行加载，观察管节环宽方向受力情况；竖向锚索如何实现不同管节厚度的加载试验；
径向加载试验+竖向加载试验时：将径向加载装置与支撑梁架连接，通过径向加载装置对管节周向进行径向加载，观察管节周向受力情况；同时将竖向加载装置与支撑梁架连接，通过竖向加载装置的竖向油缸对管节环宽方向进行加载，观察管节环宽方向受力情况；竖向锚索如何实现不同管节厚度的加载试验。
本发明管节加载试验装置的径向加载装置可以对管节周向进行径向加载，通过竖向加载装置对管节进行厚度和环宽方向的加载试验，实现对管节的多方向加载试验。且在加载试验过程中，传力分配梁采用球体滚动的方式与地面相互作用，减摩效果好，结构移动方便，试验数据更准确，为实际施工提供更可靠的数据支撑。本发明管节加载试验装置的试验方法通过A型梳齿构件和B型梳齿构件的配合，实现球体的快速精准安装，操作方式简单。本发明顶部油缸架、中间分配梁以及支撑梁架彼此独立，可通过各构件的组合实现多环管节和/或有无竖向加载装置的试验，形式多样，便于调节，适用范围更广，具有较高的推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的传力分配梁布置形式图；
图2为图1的横断面剖视图；
图3为本发明的传力分配梁底部无球体时的底面示意图；
图4为本发明的传力分配梁底部有球体时的底面示意图；
图5为本发明的传力分配梁带有竖向加载装置的布置形式图；
图6为图5不同管节环宽的布置形式图；
图7为图5不同管节厚度的布置形式图；
图8为图5不同管节数量的布置形式图；
图9为本发明的中心内拉机构式传力分配梁布置形式图；
图10为图9的横断面剖视图；
图11为本发明的径向锚索穿过管节本体的传力分配梁布置形式图；
图12为本发明的径向锚索不穿过管节本体的传力分配梁布置形式图；
图13为图10不同管节数量的布置形式图；
图14为本发明的A型梳齿构件；
图15为本发明的B型梳齿构件；
图16为本发明的A型和B型梳齿构件配合定位球体时的布置形式图；
图17为实施例5中A型和B型梳齿构件配合定位球体时的立面剖视图；
图18为实施例5中张拉油缸机构分配状态俯视示意图。
其中：1、支撑梁架，1-1、限位孔，1-2、底部锚孔，1-3、径向定位环，1-4、螺栓孔，1-5、径向锚孔，2、球体，3、顶部支架，3-1、顶部锚孔，4、中间连接梁，5、竖向锚索，6、径向锚索，7、A型梳齿构件，7-1、纵向梳齿，7-2、纵向梳柄，7-3、第一手孔，7-4、纵向弯起段，8、B型梳齿构件，8-1、横向梳齿，8-2、横向梳柄，8-3、第二手孔，8-4、横向弯起段，9a、反力架，9b、拉力环，10、管节，11、径向油缸，12、竖向油缸，13、千斤顶，14、环箍锚索，15、张拉油缸。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，如图1、2所示，一种加载试验传力分配梁，包括用于承载管节的支撑梁架1，优选地，为便于安装和操作，支撑梁架为L型梁架，L型梁架包括横梁和竖梁，管节放置在横梁上。支撑梁架1上连接有径向加载装置，即径向加载装置连接在L型梁架的竖梁上，径向加载装置用于对管节进行径向加载。支撑梁架1底部设有滑移装置，即滑移装置设置在L型梁架的横梁上，滑移装置减小管节在进行径向加载试验中的磨损。
进一步，如图3、4所示，所述滑移装置包括设置在支撑梁架1横梁底部的限位孔1-1，限位孔1-1内滚动设有球体2。球体可置于支撑梁架底部设有的限位孔内，球体同步滚动实现支撑梁架在平面内任意向移动，减少摩擦。
进一步，如图8所示，支撑梁架1的竖梁包括若干个相互连接的中间连接梁4，中间连接梁可通过螺栓连接或焊接。通过螺栓连接时中间连接梁4的上部设有螺栓孔1-4，中间连接梁的数量根据不同管节的环宽进行设置，以满足不同规格管节的加载试验。
实施例2，如图5、6、7所示，一种管节加载试验装置，根据需要所述径向加载装置可为推进油缸机构、中心内拉机构或张拉油缸机构或其他方式的径向加载装置。所述支撑梁架1的上部设有竖向加载装置，对管节进行竖向加载。优选地，所述竖向加载装置包括设置在支撑梁架1竖梁顶部的顶部支架3和竖向锚索5，顶部支架3上设有竖向油缸12，竖向油缸12、中间连接梁以及支撑梁架彼此独立，可通过各构件的组合实现多环管节和/或有无竖向加载装置的试验。竖向油缸12的伸缩端穿过顶部支架3且竖向油缸12的伸缩方向与管节的环宽方向平行，用于对竖直管节进行竖向加载。顶部支架3与支撑梁架1之间连接有竖向锚索5。具体地，顶部支架3上设有顶部锚孔3-1，支撑梁架1的横梁上设有底部锚孔1-2，顶部锚孔3-1与底部锚孔1-2一一对应，竖向锚索5的两端分别连接在顶部锚孔3-1与底部锚孔1-2内。具体地，支撑梁架上横梁的前端设置两排底部锚孔，底部锚杆的位置及数量同顶部油缸架上的顶部锚杆相对应，锚孔间安装竖向锚索实现顶部油缸架与支撑梁架之间的连接。支撑梁架上横梁的前端设置两排底部锚孔，底部锚杆的位置及数量同顶部油缸架上的顶部锚杆相对应，竖向锚索可依据管节厚度的不同安装在相应的锚孔内，对不同厚度的管节进行支撑，配合竖向油缸实现对管节厚度加载试验。可通过装配较大行程的油缸，实现不同管节环宽的试验。
其他结构与实施例1相同。
实施例3，如图1所示，一种管节加载试验装置，包括若干个所述的加载试验传力分配梁，加载试验传力分配梁的支撑梁架1沿管节周向设置，对管节形成环形支撑。其中，所述推进油缸机构包括设置在支撑梁架1外侧的反力架9a，反力架9a为环形，反力架9a与支撑梁架1之间设有若干个径向油缸11，若干个径向油缸11等角度设置在反力架9a与支撑梁架1之间。径向油缸的伸缩方向通过管节的中心，用于对管节周向进行径向加载；所述径向油缸11的伸缩端与设置在支撑梁架1上的径向定位环1-3相连接，所述径向油缸11的固定端与反力架9a相连接。通过径向油缸11对管节进行径向加载，加载过程中支撑梁架带动管节进行相应的运动，避免管节发生相对运动而产生摩擦。
其他结构与实施例1或2相同。
实施例4，如图9所示，一种管节加载试验装置，包括若干个所述的加载试验传力分配梁，加载试验传力分配梁的支撑梁架1沿管节周向设置，对管节形成环形支撑。所述中心内拉机构包括设置在管节10内侧的拉力环9b，优选地，拉力环9b的中心轴线与管节的中心轴线重合，拉力环9b与支撑梁架1之间连接有径向锚索6。径向锚索6的端部与设置在支撑梁架1上的千斤顶13连接。千斤顶13可采用穿心千斤顶。如图10、11所示，即径向加载装置为若干连接管节内侧中心环的径向锚索，通过千斤顶对管节进行径向加载，径向锚索穿过管节本体，并与管节内部设有的拉力环相连。也可用于不同管节数量的径向加载，如图13所示。如图12所示，径向锚索也可避开管节与支撑梁架直接连接，位于下部的径向锚索穿过设置在支撑梁架横梁内的径向锚孔1-5并与支撑梁架的竖梁连接，然后同样通过千斤顶对管节进行径向加载，加载过程中支撑梁架带动管节进行相应的运动，避免管节发生相对运动而产生摩擦。
其他结构与实施例1或2相同。
如图18所示，实施例5，一种管节加载试验装置，包括若干个所述的加载试验传力分配梁，加载试验传力分配梁的支撑梁架1沿管节周向设置，对管节形成环形支撑。所述张拉油缸机构包括环箍锚索14，支撑梁架1上设有张拉油缸15，环箍锚索14的两端分别与相对设置的两个支撑梁架1上的张拉油缸15连接，即环箍锚索14通过管节的中心形成多条径向锚索，在张拉油缸的作用下，相对设置的支撑梁架形成一组，彼此成为支撑，加载过程中支撑梁架带动管节进行相应的运动，避免管节发生相对运动而产生摩擦。
其他结构与实施例1或2相同。
实施例6，一种如实施例3或4或5所述的管节加载试验装置的试验方法，步骤如下：S1：将滑移装置安装在支撑梁架1上；并将管节以卧式姿态放置在支撑梁架1的横梁上；
如图16、17所示，将滑移装置安装在支撑梁架1上的具体步骤如下：S1.1，将A型梳齿构件和B型梳齿构件的梳齿部分正交放置在地面或实验平台上，形成可供球体放置的槽孔，槽孔与设置在支撑梁架1横梁底部的限位孔1-1相对应；S1.2，将各球体放置在地面或实验平台上且位于形成的槽孔内，同时或之后吊运支撑梁架1，将支撑梁架1底部的限位孔对准各球体，下放支撑梁架1直至球体与限位孔1-1完全接触；S1.3，依次抽出A型梳齿构件和B型梳齿构件，人工调整支撑梁架1直的平面位置，完成滑移装置的安装。
如图14、15所示，其中，A型梳齿构件7包括纵向梳齿7-1和纵向梳柄7-2，纵向梳柄7-2上设有第一手孔7-3和纵向弯起段7-4，第一手孔7-3用于A型梳齿构件7的调节，纵向弯起段7-4用于A型梳齿构件7的调节和抽拉。B型梳齿构件8包括横向梳齿8-1和横向梳柄8-2，横向梳柄8-2上设有第二手孔8-3和横向弯起段8-4，第二手孔7-3用于B型梳齿构件8的调节，横向弯起段8-4用于B型梳齿构件8的调节和抽拉。A型梳齿构件和B型梳齿构件的配合可实现球体的快速精准安装，操作方式简单。
S2：径向加载试验时：将径向加载装置与支撑梁架1连接，当径向加载装置为推进油缸机构时：通过径向加载装置的径向油缸对管节周向进行径向加载，即径向油缸的伸缩方向通过管节的中心，用于对管节周向进行径向加载。观察管节周向受力情况；
当径向加载装置为中心内拉机构时，径向加载装置通过千斤顶向外伸出，向内拖拽径向锚索对管节进行径向加载，观察管节周向受力情况；
当径向加载装置为张拉油缸机构时，环箍锚索14通过管节的中心形成多条径向锚索，在环箍锚索的张拉油缸的作用下，相对设置的支撑梁架形成一组，彼此成为支撑进行对拉，对管节进行径向加载，观察管节周向受力情况。
在上述径向加载试验过程中，支撑梁架带动管节进行相应的运动，避免管节发生相对运动而产生摩擦，提高径向加载试验精度。
S3：竖向加载试验时：将竖向加载装置与支撑梁架1连接，通过竖向加载装置的竖向油缸对管节环宽方向进行加载，观察管节环宽方向受力情况；竖向锚索5配合竖向油缸用于对不同管节厚度的被动加载试验。
S4：径向加载试验+竖向加载试验时，是步骤S2和步骤S3同时进行，同时对管节径向和竖向进行加载试验。
通过上述管节加载试验装置的试验方法，不仅可以对管节周向进行径向加载，还能通过竖向加载装置，实现对管节的多方向加载试验，试验数据更准确，为实际施工提供更强大的数据支撑。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
