本申請涉及高溫隧道結構試驗，尤其涉及一種隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)。

背景技術：

1、隧道作為我國交通基礎的重要組成部分，我國對于隧道技術的發(fā)展、研究一直高度重視。目前，我國在隧道領域的發(fā)展已經達到國際先進水平，現有隧道總長度已經超過20000公里。然而，隨著隧道數量的增加，隧道火災事故的發(fā)生頻率也隨之增加。火災對隧道襯砌結構體系有多重負面影響。首先，火災會使得隧道各部分結構的力學性能明顯降低，從而減弱其承載能力，甚至可能導致結構的坍塌。此外，隧道襯砌結構體系與地面建筑不同，火災引起的永久變形不僅會重新分布結構體系的內力，導致其承載能力下降，還可能對地面建筑及附近結構物造成不良影響。因此，研究隧道結構體系在高溫環(huán)境下的力學性能顯得尤為重要。

2、由于事故發(fā)生的隨機性以及地下結構的復雜性，隧道結構的受力也存在多樣性。整體性，事故發(fā)生時，除襯砌這一主要受力結構外，隧道的橫梁、上部車道板、支撐立柱等各結構均有受熱受力可能；多向性，隧道各結構受力存在多種可能并非均為垂直受力、甚至部分事故發(fā)生時襯砌內部受力；復雜性，由于隧道內部結構復雜、事故發(fā)生時影響其內部荷載、熱量傳遞的因素多，各結構對荷載的分擔復雜。然而，目前對于隧道結構高溫力學性能試驗研究的裝置大多數為襯砌/管片單軸垂直加載，少部分為多點加載，且對于同種火災環(huán)境下，隧道其他結構受火的性能退化并未考慮。能夠開展隧道各結構高溫時力學性能試驗的綜合試驗系統(tǒng)尚未見報道。

技術實現思路

1、本申請?zhí)峁┝艘环N隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，以解決現有技術中由于隧道結構各角度受力不同，導致火災環(huán)境下隧道各結構的力學性能檢測不準確的問題。

2、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，包括中央控制子系統(tǒng)、縱向加載子系統(tǒng)、試樣固定子系統(tǒng)和可控升溫子系統(tǒng)，所述中央控制子系統(tǒng)分別與所述縱向加載子系統(tǒng)、所述試樣固定子系統(tǒng)和所述可控升溫子系統(tǒng)通信連接；

3、所述中央控制子系統(tǒng)，用于獲取待測襯砌的目標工況，基于所述目標工況確定所述待測襯砌的目標壓力值、目標狀態(tài)信息和目標溫度，并將所述目標壓力值發(fā)送至所述縱向加載子系統(tǒng)，將所述目標狀態(tài)信息發(fā)送至所述試樣固定子系統(tǒng)，以及將所述目標溫度發(fā)送至所述可控升溫子系統(tǒng)，所述目標狀態(tài)信息包括目標角度和目標高度；

4、所述試樣固定子系統(tǒng)，用于夾持所述待測襯砌，并按照所述目標狀態(tài)信息，調整所述待測襯砌的角度和高度，以使所述待測襯砌的目標受力面以及所述目標受力面上的目標受力點正對所述縱向加載子系統(tǒng)；

5、所述縱向加載子系統(tǒng)，用于在縱向上對所述待測襯砌的目標受力面上的目標受力點施加所述目標壓力值的加載壓力；

6、所述可控升溫子系統(tǒng)，用于對所述待測襯砌施加所述目標溫度。

7、本申請?zhí)峁┮环N隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，通過中央控制子系統(tǒng)集成了縱向加載、試樣固定和可控升溫等多個子系統(tǒng)，實現了實驗過程的高度自動化，不僅簡化了操作流程，還提高了試驗的準確性和效率；然后，中央控制子系統(tǒng)能夠根據輸入的目標工況精確確定目標壓力值、目標狀態(tài)信息以及目標溫度并發(fā)送至相應的系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)能夠更準確地模擬隧道襯砌在實際工作環(huán)境中的受力狀態(tài)和溫度變化，從而提供更可靠的試驗數據；另外，試樣固定子系統(tǒng)能夠根據目標狀態(tài)信息調整待測襯砌的角度和高度，確保目標受力面及其上的目標受力點正對縱向加載子系統(tǒng)，這種靈活性和適應性使得該系統(tǒng)能夠適用于不同類型和尺寸的隧道襯砌試驗，大大增強了系統(tǒng)的通用性和實用性；同時，通過結合縱向加載和可控升溫功能，該系統(tǒng)能夠同時模擬隧道襯砌在受力和溫度變化下的耦合效應，有助于更全面地評估隧道襯砌的性能和安全性，為隧道工程額設計和施工提供有力的技術支持。

技術特征：

1.一種隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，其特征在于，包括中央控制子系統(tǒng)、縱向加載子系統(tǒng)、試樣固定子系統(tǒng)和可控升溫子系統(tǒng)，所述中央控制子系統(tǒng)分別與所述縱向加載子系統(tǒng)、所述試樣固定子系統(tǒng)和所述可控升溫子系統(tǒng)通信連接；

2.根據權利要求1所述的隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)還包括自反力架，所述自反力架與所述縱向加載子系統(tǒng)連接；用于承載所述縱向加載子系統(tǒng)施加到所述待測襯砌上的加載壓力的反向作用力；所述自反力架包括第一組立柱、第二組立柱、主橫梁、第一次橫梁、第二次橫梁、第一三角板、第二三角板和底部基座，所述第一組立柱包括第一主立柱、第一次立柱和第二次立柱，所述第二組立柱包括第二主立柱、第三次立柱和第四次立柱；

3.根據權利要求2所述的隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述縱向加載子系統(tǒng)包括壓頭、第一傳感器、液壓機和第一連接板；

4.根據權利要求3所述的隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制子系統(tǒng)，用于將所述目標壓力值發(fā)送至所述第一傳感器中；

5.根據權利要求2所述的隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述目標角度包括第一目標角度和第二目標角度，所述目標高度包括第一目標高度和第二目標高度，所述試樣固定子系統(tǒng)包括第一襯砌固定子系統(tǒng)、第二襯砌固定子系統(tǒng)、第一升降裝置和第二升降裝置；

6.根據權利要求5所述的隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述第一襯砌固定子系統(tǒng)包括可轉動的橫向臂、夾頭、下部支撐架和第二連接板；

7.根據權利要求2所述的隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述可控升溫子系統(tǒng)包括儲氣罐、第一控制器、箱式升溫裝置和通氣管道；

8.根據權利要求7所述的隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述箱式升溫裝置包括箱體；

9.根據權利要求8所述的隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)還包括用于降溫處理的冷卻子系統(tǒng)，所述冷卻子系統(tǒng)包括蓄水罐、通水管道和鼓風機；

10.根據權利要求1所述的隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)還包括用于采集并傳輸數據的數據采集子系統(tǒng)，所述數據采集子系統(tǒng)包括千分表、熱傳感器和壓力傳感器；

技術總結
本申請?zhí)峁┮环N隧道多結構熱力耦合試驗系統(tǒng)，涉及高溫隧道結構試驗技術領域。該系統(tǒng)包括：中央控制子系統(tǒng)，用于獲取待測襯砌的目標工況確定其目標壓力值、目標狀態(tài)信息和目標溫度，并將目標壓力值發(fā)送至縱向加載子系統(tǒng)，將目標狀態(tài)信息發(fā)送至試樣固定子系統(tǒng)，將目標溫度發(fā)送至可控升溫子系統(tǒng)，目標狀態(tài)信息包括目標角度和目標高度；試樣固定子系統(tǒng)，用于夾持待測襯砌，并調整待測襯砌的角度和高度，以使待測襯砌的目標受力面以及目標受力面上的目標受力點正對縱向加載子系統(tǒng)；縱向加載子系統(tǒng)，用于在縱向上對待測襯砌的目標受力點施加目標壓力值的加載壓力；可控升溫子系統(tǒng)，用于對待測襯砌施加目標溫度。本申請能夠提高試驗的準確性和效率。

技術研發(fā)人員：張耀,安子涵,周智超,楊雨濛,張玉芝,趙維剛
受保護的技術使用者：石家莊鐵道大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2