本發(fā)明屬于隧道工程相關(guān)，更具體地，涉及一種用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置及加載實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著城市交通擁堵問題的日益嚴(yán)重，越來越多的城市開始進(jìn)行地鐵項(xiàng)目的建設(shè)。盾構(gòu)機(jī)因其對環(huán)境影響較小，適用于大埋深、高土壓、高水壓施工，且具有成本低、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在城市地鐵項(xiàng)目建設(shè)中占據(jù)了統(tǒng)治地位，且已成為一種不可缺少的隧道通用施工技術(shù)。

2、近三十年來，盾構(gòu)技術(shù)飛速發(fā)展，盾構(gòu)形式多樣化，而盾構(gòu)隧道管片是盾構(gòu)機(jī)構(gòu)的重要組成部分，其中的管片接頭受力力學(xué)性能則往往被人忽視；而當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時(shí)，接頭處所承載的載荷將首先發(fā)生變化，而且在外界復(fù)雜環(huán)境力、熱因素影響下，螺栓載荷變化規(guī)律極為復(fù)雜。此外，特殊場合下對接頭載荷還有特種測量要求，比如測量管片接頭在瞬時(shí)大載荷工況下的軸力、剪力，或者通過長期監(jiān)測接頭預(yù)緊力變化情況對管片長期運(yùn)行進(jìn)行分析和預(yù)測；以及特殊情況下接頭的應(yīng)力狀況，如火災(zāi)下。在傳統(tǒng)盾構(gòu)專業(yè)中，接頭僅作為結(jié)構(gòu)件存在，不具備力學(xué)測量功能，對管片接頭在載荷下的受力性能缺乏檢測獲取手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置及加載實(shí)驗(yàn)方法，解決了現(xiàn)有盾構(gòu)管片接頭僅作為結(jié)構(gòu)件存在，不具備力學(xué)測量功能，對管片接頭在載荷下的受力性能缺乏檢測獲取手段的問題，通過力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)的設(shè)置可在加載實(shí)驗(yàn)中分析獲取快拼接頭的力學(xué)性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置，快拼接頭包括母卡接頭和公卡接頭，所述公卡接頭插入所述母卡接頭的開口端中實(shí)現(xiàn)二者的連接，所述加載實(shí)驗(yàn)裝置包括力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)，所述力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)包括設(shè)在所述母卡接頭壁面上的第一應(yīng)變傳感器以及設(shè)在所述公卡接頭側(cè)面上的第二應(yīng)變傳感器；

3、所述第一應(yīng)變傳感器用于在對所述快拼接頭進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)時(shí)獲取所述母卡接頭的變形信息，所述第二應(yīng)變傳感器用于在對所述快拼接頭進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)時(shí)獲取所述公卡接頭的變形信息，進(jìn)而根據(jù)所述母卡接頭的變形信息以及所述公卡接頭的變形信息分析獲取所述快拼接頭的力學(xué)性能。

4、根據(jù)本發(fā)明提供的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置，所述母卡接頭包括相對的兩個(gè)壁面，該相對的兩個(gè)壁面內(nèi)側(cè)分別固定設(shè)有所述第一應(yīng)變傳感器；所述第二應(yīng)變傳感器沿所述公卡接頭的插入方向設(shè)在所述公卡接頭上，且在所述公卡接頭相對的兩個(gè)側(cè)面上分別設(shè)有所述第二應(yīng)變傳感器。

5、根據(jù)本發(fā)明提供的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置，所述第一應(yīng)變傳感器與所述母卡接頭的開口端間隔設(shè)置，使得與所述公卡接頭的插入端間隔設(shè)置。

6、根據(jù)本發(fā)明提供的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置，所述公卡接頭的側(cè)面上設(shè)有凹槽，所述第二應(yīng)變傳感器封裝設(shè)在所述凹槽內(nèi)部。

7、根據(jù)本發(fā)明提供的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置，所述力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)還包括設(shè)在所述快拼接頭一側(cè)的攝像頭，所述攝像頭用于在對所述快拼接頭進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)時(shí)拍攝所述母卡接頭和所述公卡接頭插接連接面的圖像，以通過圖像分析獲取所述母卡接頭和所述公卡接頭插接連接處的擠壓變形情況。

8、按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)方法，基于上述任一項(xiàng)所述的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置，所述加載實(shí)驗(yàn)方法包括對所述快拼接頭進(jìn)行逐級加載實(shí)驗(yàn)，對所述快拼接頭進(jìn)行逐級加載實(shí)驗(yàn)具體包括：

9、確定所述快拼接頭進(jìn)行逐級加載試驗(yàn)的加載工況；

10、根據(jù)確定的加載工況布設(shè)載荷加載方向以及加載部位，并采用逐級加載的方式進(jìn)行逐級加載實(shí)驗(yàn)，獲取每級加載實(shí)驗(yàn)中所述力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，其中逐級加載的方式為逐漸增加載荷的加載方式；

11、根據(jù)所述力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析獲取所述快拼接頭在逐級加載工況下的受力性能。

12、根據(jù)本發(fā)明提供的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)方法，在采用逐級加載的方式進(jìn)行逐級加載實(shí)驗(yàn)之前還包括：

13、根據(jù)確定的加載工況布設(shè)載荷加載方向以及加載部位，進(jìn)行預(yù)加載實(shí)驗(yàn)，預(yù)加載實(shí)驗(yàn)通過施加預(yù)設(shè)載荷來實(shí)現(xiàn)，其中預(yù)設(shè)載荷為所述快拼接頭在確定的加載工況下的最大承載力的40％-60％。

14、根據(jù)本發(fā)明提供的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)方法，所述快拼接頭進(jìn)行逐級加載試驗(yàn)的加載工況包括：

15、軸彎工況，對所述快拼接頭整體施加均布荷載，測量整體彎矩及所述快拼接頭變形情況；

16、軸剪工況，對所述母卡接頭或所述工卡接頭區(qū)域施加均布荷載，測量剪力變化情況；

17、軸向拉伸工況，對所述母卡接頭和所述工卡接頭施加沿軸向的反方向作用力，測量拉伸變形情況。

18、根據(jù)本發(fā)明提供的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)方法，在對所述快拼接頭進(jìn)行逐級加載實(shí)驗(yàn)之后，還包括：

19、對所述快拼接頭進(jìn)行實(shí)際工況模擬加載實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中獲取的所述力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析獲取所述快拼接頭在實(shí)際工況模擬下的受力性能。

20、根據(jù)本發(fā)明提供的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)方法，所述力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)還包括攝像頭，所述攝像頭用于在對所述快拼接頭進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)時(shí)拍攝所述母卡接頭和所述公卡接頭插接連接面的圖像，以通過圖像分析獲取所述母卡接頭和所述公卡接頭插接連接處的擠壓變形情況，所述加載實(shí)驗(yàn)方法還包括：

21、在所述快拼接頭的表面噴灑聚合物微球，使其均勻覆蓋所述攝像頭拍攝面上所述母卡接頭的開口端以及所述公卡接頭的插入端，便于攝像頭捕捉拍攝聚合物微球的位移變化情況；

22、加載實(shí)驗(yàn)過程中，用激光照射所述攝像頭的拍攝面，并通過攝像頭拍攝記錄聚合物微球在實(shí)驗(yàn)過程中的運(yùn)動軌跡，通過聚合物微球在實(shí)驗(yàn)過程中的運(yùn)動軌跡分析獲取加載實(shí)驗(yàn)過程中所述公卡接頭與所述母卡接頭的擠壓變形情況。

23、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置及加載實(shí)驗(yàn)方法：

24、1.通過設(shè)置第一應(yīng)變傳感器和第二應(yīng)變傳感器，使得快拼接頭具備力學(xué)測量功能，能夠在加載實(shí)驗(yàn)過程中監(jiān)測獲取快拼接頭的變形信息進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)接頭在載荷下受力力學(xué)性能的獲?。?/p>

25、2.進(jìn)一步地，第一應(yīng)變傳感器和第二應(yīng)變傳感器的具體設(shè)置既不會對公母接頭的正常使用造成影響，又能夠在多個(gè)部位獲取接頭的應(yīng)變信息，以能夠更加全面準(zhǔn)確的分析接頭的受力性能；

26、3.將對快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)工況分為了進(jìn)行逐級加載試驗(yàn)的加載工況以及進(jìn)行實(shí)際工況模擬加載實(shí)驗(yàn)的加載工況，既能夠?qū)炱唇宇^的力學(xué)性能進(jìn)行全面系統(tǒng)的獲取，又能夠針對性的獲取快拼接頭在實(shí)際應(yīng)用中需要獲知的力學(xué)性能，實(shí)用性較強(qiáng)；

27、4.進(jìn)一步地，加載試驗(yàn)的具體設(shè)置還有利于確保加載實(shí)驗(yàn)的安全穩(wěn)定進(jìn)行，同時(shí)，在加載過程中，有利于保護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，防止過載和破壞。

技術(shù)特征：

1.一種用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，快拼接頭包括母卡接頭和公卡接頭，所述公卡接頭插入所述母卡接頭的開口端中實(shí)現(xiàn)二者的連接，所述加載實(shí)驗(yàn)裝置包括力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)，所述力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)包括設(shè)在所述母卡接頭壁面上的第一應(yīng)變傳感器以及設(shè)在所述公卡接頭側(cè)面上的第二應(yīng)變傳感器；

2.如權(quán)利要求1所述的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述母卡接頭包括相對的兩個(gè)壁面，該相對的兩個(gè)壁面內(nèi)側(cè)分別固定設(shè)有所述第一應(yīng)變傳感器；所述第二應(yīng)變傳感器沿所述公卡接頭的插入方向設(shè)在所述公卡接頭上，且在所述公卡接頭相對的兩個(gè)側(cè)面上分別設(shè)有所述第二應(yīng)變傳感器。

3.如權(quán)利要求1所述的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述第一應(yīng)變傳感器與所述母卡接頭的開口端間隔設(shè)置，使得與所述公卡接頭的插入端間隔設(shè)置。

4.如權(quán)利要求1所述的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述公卡接頭的側(cè)面上設(shè)有凹槽，所述第二應(yīng)變傳感器封裝設(shè)在所述凹槽內(nèi)部。

5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)還包括設(shè)在所述快拼接頭一側(cè)的攝像頭，所述攝像頭用于在對所述快拼接頭進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)時(shí)拍攝所述母卡接頭和所述公卡接頭插接連接面的圖像，以通過圖像分析獲取所述母卡接頭和所述公卡接頭插接連接處的擠壓變形情況。

6.一種用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，基于上述權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置，所述加載實(shí)驗(yàn)方法包括對所述快拼接頭進(jìn)行逐級加載實(shí)驗(yàn)，對所述快拼接頭進(jìn)行逐級加載實(shí)驗(yàn)具體包括：

7.如權(quán)利要求6所述的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，在采用逐級加載的方式進(jìn)行逐級加載實(shí)驗(yàn)之前還包括：

8.如權(quán)利要求6所述的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述快拼接頭進(jìn)行逐級加載試驗(yàn)的加載工況包括：

9.如權(quán)利要求6所述的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，在對所述快拼接頭進(jìn)行逐級加載實(shí)驗(yàn)之后，還包括：

10.如權(quán)利要求6所述的用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)還包括攝像頭，所述攝像頭用于在對所述快拼接頭進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)時(shí)拍攝所述母卡接頭和所述公卡接頭插接連接面的圖像，以通過圖像分析獲取所述母卡接頭和所述公卡接頭插接連接處的擠壓變形情況，所述加載實(shí)驗(yàn)方法還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于隧道工程相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，其公開了一種用于快拼接頭的加載實(shí)驗(yàn)裝置及加載實(shí)驗(yàn)方法，其中快拼接頭包括母卡接頭和公卡接頭，加載實(shí)驗(yàn)裝置包括力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)，力學(xué)性能監(jiān)測機(jī)構(gòu)包括設(shè)在母卡接頭壁面上的第一應(yīng)變傳感器以及設(shè)在公卡接頭側(cè)面上的第二應(yīng)變傳感器；第一應(yīng)變傳感器用于在加載實(shí)驗(yàn)時(shí)獲取母卡接頭的變形信息，第二應(yīng)變傳感器用于在加載實(shí)驗(yàn)時(shí)獲取公卡接頭的變形信息，進(jìn)而根據(jù)變形信息分析獲取快拼接頭的力學(xué)性能。本發(fā)明通過設(shè)置第一應(yīng)變傳感器和第二應(yīng)變傳感器，使得快拼接頭具備力學(xué)測量功能，能夠在加載實(shí)驗(yàn)過程中監(jiān)測獲取快拼接頭的變形信息進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)接頭在載荷下受力力學(xué)性能的獲取。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭群華,陳健,王玲,楊晨,駱漢賓,余群舟,魏然
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢市市政建設(shè)集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6