专利名称：可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性能试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种试验装置，尤其是一种用于对盾构隧道衬砌管片接头进行力学性 能试验的装置。
背景技术：
盾构隧道作为一种特殊的地下构筑物，在研究其力学特性时与地上结构以及其他 地下构筑物相比，具有以下特点1)盾构隧道与周围土体之间存在相互作用，因此盾构隧 道衬砌管片受力较为复杂且不同阶段、不同位置受到的荷载均不同；2)实际作用在盾构隧 道衬砌管片上的荷载简化为纵向力以及沿环向的轴力和弯矩，因此，实际的盾构隧道衬砌 管片处于三向受力的状态下；3)盾构隧道衬砌采用管片拼装的方式，管片接头构造较为复 杂，因此其力学特性较为复杂。但管片接头的力学特性对于整个盾构隧道衬砌环的力学特 性影响较大；4)采用错缝拼装的盾构隧道，管片接头与相邻管片之间存在相互影响，即所 谓的弯矩传递效应，这种影响对于整个盾构隧道衬砌整体的受力性能存在较大影响；5)目 前设计盾构隧道结构时采用较多的梁_弹簧模型中需要对于纵缝抗弯刚度、纵缝径向剪切 刚度、环缝剪切刚度加以确定，而修正惯用法需要对于管片环间的弯矩传递系数加以确定。 而这些参数的选取目前没有相应的标准，多采用工程类比和经验法，存在较大不合理性。对于盾构隧道衬砌管片力学特性试验，国内外均有所开展，主要采用模型试验和 原型试验两种。在原型试验中包括接头力学特性试验和整环试验。就目前所知的已进行的 接头力学特性试验主要是为了获取纵缝的抗弯刚度，因此试验设备只能施加轴力和弯矩。 并且试验框架较为简单，加载控制系统也较为低级。另外，该种接头力学特性试验对于错缝 拼装情况下的管片环间剪切刚度和弯矩传递系数无法进行试验量测。而整环试验能测得管 片圆环在设计荷载作用下的变形与内力，也能对于错缝拼装条件下管片环间的相互作用进 行试验，但是由于原型整环试验体量较大，试验加载系统较为复杂，极易引起误差，因此某 些关键设计参数的试验结果往往不尽合理。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性 能试验系统，其能够进行盾构隧道衬砌管片接头的多种加载方式的力学特性试验。为了解决上述技术问题，本发明提供的可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性 能试验系统，主要包括以下6个部分①自平衡框架子系统，主要包括构成平衡框架结构的 主框架和连接梁，所述主框架包括两个框架顶梁、两个框架底梁、两个左框架立柱和两个右 框架立柱，所述两个左框架立柱之间设有两个连接梁，所述两个右框架立柱之间设有两个 连接梁；②加载子系统，主要包括X向加载子系统、Y向加载子系统、Z向加载子系统，其中 X向加载子系统主要包括X向加载作动器、X向加载右反力梁、X向加载左反力梁，所述X向 加载右反力梁两端分别固定在两个右框架立柱上，所述X向加载作动器固定在X向加载右 反力梁上，所述X向加载左反力梁两端分别固定在两个左框架立柱上；Y向加载子系统主要包括Y向加载顶部反力梁、Y向加载顶部作动器、Y向荷载分配梁、Y向加载顶部垫梁、Y向 加载底部反力梁、Y向加载底部作动器、Y向加载底部垫梁，所述Y向加载顶部反力梁两端 分别固定在两个框架顶梁下部，所述Y向加载顶部作动器固定在Y向加载顶部反力梁下部， 所述Y向荷载分配梁与Y向加载顶部作动器加载头相连，所述Y向加载顶部垫梁与Y向荷 载分配梁下部连接，所述Y向加载底部反力梁两端分别固定在两个框架底梁上，所述Y向加 载底部作动器固定在Y向加载底部反力梁上部，所述Y向加载底部垫梁与Y向加载底部作 动器加载头相连；Z向加载子系统主要包括两个Z向加载框架前立柱、两个Z向加载框架后 立柱、两个Z向加载上拉杆、两个Z向加载下拉杆、Z向加载前反力梁、Z向加载后反力梁、Z 向加载垫梁和Z向加载作动器，所述Z向加载前反力梁两端分别固定在两个Z向加载框架 前立柱上，所述Z向加载后反力梁两端分别固定在两个Z向加载框架后立柱上，所述Z向加 载作动器固定在Z向加载前反力梁上，所述Z向加载垫梁与Z向加载作动器加载头相连，所 述每个Z向加载上拉杆两端分别固定在同侧的Z向加载框架前立柱和Z向加载框架后立柱 上部，所述每个Z向加载下拉杆两端分别固定在同侧的Z向加载框架前立柱和Z向加载框 架后立柱下部；③试件支座子系统，主要包括左右两个支座，每个支座包括支座支撑块，与 支座支撑块配合用于固定试验管片的支座固定块，所述支座和框架底梁之间设有若干块垫 板，所述垫板之间设有钢棒，所述支座和X向加载左反力梁之间设有柱状铰；④试件运送子 系统，主要包括两个Z向基座及分别设于两个Z向基座上的轨道，两个前进后退油缸，所述 每个前进后退油缸一端固定在一个Z向加载框架前立柱上，另一端固定在一个Z向基座上， 所述每个轨道上安装有两个高度调节油缸，所述每个高度调节油缸下部装有与所述轨道相 配合的滚轮，所述两个高度调节油缸上部设有一试件临时支撑梁；⑤加载控制子系统，主要 包括电液加载控制器，所述电液加载控制器通过电液伺服阀来控制X向加载作动器、Y向加 载顶部作动器、Y向加载底部作动器、Z向加载作动器、高度调节油缸和前进后退油缸的动 作；⑥数据采集子系统，主要包括上位计算机，与上位计算机相连的数据采集器，置于试件 内部和表面、并与数据采集器相连的传感器。优选地，所述Y向加载顶部作动器为3个，且每个作动器可独立加卸载，所述Y向 加载底部作动器为2个，且这2个作动器为同步加卸载。进一步地，所述Y向荷载分配梁、Y向加载顶部垫梁均为独立的3套，分别与对应 的3个Y向加载顶部作动器连接。优选地，所述X向加载作动器为4个，且中间的2个作动器为同步加卸载，两侧的 另外2个作动器可独立加卸载。优选地，所述Z向加载作动器为2个，且这2个作动器为同步加卸载。优选地，所述X向加载作动器、Y向加载顶部作动器、Y向加载底部作动器、Z向加 载作动器均带有负荷传感器和位移传感器。优选地，所述X向加载作动器、Y向加载顶部作动器、Z向加载作动器的加载头部设 有球铰。优选地，所述钢棒、垫板均为可拆卸式。优选地，所述左右两个支座处分别设有独立的、可拆卸的3组支座支撑块和支座 固定块。优选地，所述柱状铰为独立的、可拆卸的3组。
本发明试验系统的优点如下1)加载子系统采用模块化设计，通过不同的组合能完成盾构隧道衬砌管片环间剪 切试验、弯矩传递试验、纵缝转角刚度试验、纵缝径向剪切试验；2)试件支座能较好模拟简支的位移边界条件，使试验与理论分析的位移边界条件
一致；3)能进行盾构隧道衬砌管片接头以及类似构件的三向同步或异步加载，模拟结构 的实际受力情况；4)控制系统有位移加载与力加载两种方式，对于各个方向的加载作动器可分别控 制，满足各种加载工况要求；5)借助于程序控制和自动数据采集技术，提高了工作效率和数据的准确性；6)加载控制子系统采用伺服控制，可完成多通道异步阶梯加载和负荷保持；7)自动采集试验力和垂向作动器的活塞位移，记录试验曲线，并可以用通信方式 或模拟输出方式输出上述试验数据给数据采集系统；。


图1为本发明试验系统的局部主视图。
图2为图1中A-A剖视图。
图3为图2中B-B剖视图。
图4为盾构隧道衬砌管片纵缝转角刚度试验示意图。
图5为图4中A-A剖视图。
图6为图5中B-B剖视图。
图7为盾构隧道衬砌管片纵缝剪切刚度试验示意图。
图8为图7中A-A剖视图。
图9为图8中B-B剖视图。
图10为盾构隧道衬砌管片环缝径向剪切刚度试验示意图。
图11为图10中A-A剖视图。
图12为图11中B-B剖视图。
图13为盾构隧道衬砌管片环缝切向剪切刚度试验示意图。
图14为图13中A-A剖视图。
图15为图14中B-B剖视图。
图16为盾构隧道衬砌管片弯矩传递试验示意图。
图17为图16中A-A剖视图。
图18为图17中B-B剖视图。
具体实施例方式如图1至图3所示，本发明的试验系统，主要包括以下六个部分一、自平衡框架子系统，主要包括构成平衡框架结构的主框架1和连接梁2，主框 架1包括两个框架顶梁101、两个框架底梁102、两个左框架立柱103和两个右框架立柱 104，两个左框架立柱103之间设有两个连接梁2，两个右框架立柱104之间设有两个连接梁2 ；二、加载子系统，主要包括X向加载子系统、Y向加载子系统、Z向加载子系统，其 中X向加载子系统主要包括X向加载作动器11、X向加载右反力梁1001、X向加载左反力 梁1002，X向加载右反力梁1001两端分别固定在两个右框架立柱104上，X向加载作动器 11固定在X向加载右反力梁1001上，X向加载左反力梁1002两端分别固定在两个左框架 立柱103上；Y向加载子系统主要包括Y向加载顶部反力梁3、Y向加载顶部作动器8、Y向 荷载分配梁4、Y向加载顶部垫梁5、Y向加载底部反力梁6、Y向加载底部作动器9、Y向加 载底部垫梁7，Y向加载顶部反力梁3两端分别固定在两个框架顶梁101下部，Y向加载顶 部作动器8固定在Y向加载顶部反力梁3下部，Y向荷载分配梁4与Y向加载顶部作动器 8加载头相连，Y向加载顶部垫梁5与Y向荷载分配梁4下部连接，并可固定于Y向荷载分 配梁4下部的不同位置(如端部或中部)以满足不同试验工况的要求，Y向加载底部反力 梁6两端分别固定在两个框架底梁102上，Y向加载底部作动器9固定在Y向加载底部反 力梁6上部，Y向加载底部垫梁7与Y向加载底部作动器9加载头相连；Z向加载子系统主 要包括两个Z向加载框架前立柱121、两个Z向加载框架后立柱122、两个Z向加载上拉杆 131、两个Z向加载下拉杆132、Z向加载前反力梁141、Z向加载后反力梁142、Z向加载垫 梁15和Z向加载作动器16，Z向加载前反力梁141两端分别固定在两个Z向加载框架前立 柱121上，Z向加载后反力梁142两端分别固定在两个Z向加载框架后立柱122上，Z向加 载作动器16固定在Z向加载前反力梁141上，Z向加载垫梁15与Z向加载作动器16加载 头相连，每个Z向加载上拉杆131两端分别固定在同侧的Z向加载框架前立柱121和Z向 加载框架后立柱122上部，每个Z向加载下拉杆132两端分别固定在同侧的Z向加载框架 前立柱121和Z向加载框架后立柱122下部；其中，X向加载作动器11、Y向加载顶部作动 器8、Z向加载作动器16的加载头部设有球铰，允许各作动器与其直接连接的部件有一定的 转动，来适应管片在实际加载中的转动，以准确加载。三、试件支座子系统，试件支座子系统，主要包括左右两个支座，每个支座包括独 立的、可拆卸的3组支座支撑块17，与支座支撑块17配合用于固定试验管片的支座固定块 18，其中支座和框架底梁102之间设有若干块垫板19，垫板19之间设有钢棒20，支座和X 向加载左反力梁1002之间设有柱状铰21，本发明的支座用于模拟管片试件需要的受力和 位移边界条件。本发明的支座是可翻转式的，当需要开展负弯矩试验(图1所示试件内弧 面改为向上)时，无需更换新的支座，只需将支座支撑块17和支座固定块18对调上下位置 即可。此外，钢棒20、垫板19均为可拆卸式，可根据不同的试验工况设置，垫板19用来调节 支座高度，来满足不同试件尺寸的试验要求。四、试件运送子系统，主要包括两个Z向基座及分别设于两个Z向基座上的轨道 25，两个前进后退油缸26，每个前进后退油缸26 —端固定在一个Z向加载框架前立柱121 上，另一端固定在一个Z向基座上，每个轨道25上安装有两个高度调节油缸23，每个高度调 节油缸23下部装有与轨道25相配合的滚轮24，两个高度调节油缸23上部设有一试件临时 支撑梁22，试件临时支撑梁22上可安放管片试件，并可以通过高度调节油缸23抬高试件， 使之顺利地运送入加载主框架内部并安放至支座上。五、加载控制子系统，主要包括电液加载控制器27，电液加载控制器27采用工业 级高性能工控计算机作为控制器的主机，通过电液伺服阀同步或异步控制X向加载作动器11、Y向加载顶部作动器8、Y向加载底部作动器9、Z向加载作动器16、高度调节油缸23和 前进后退油缸26的动作，这里的电液加载控制器27为POP-M工控PC电液伺服多通道控 制器，与液压泵站相连，并与液压泵站和加载框架配合使用，可以完成管片错缝夹片试验和 直接头试验，液压泵站包括液压油管、密封阀、油箱、电控箱、加载泵组、循环泵组、冷却塔和 阀台等，用于为管片接头试验系统上的各伺服作动器提供液压动力和自身的冷却循环。电 液加载控制器27可以自动控制试验的进程，按照试验要求完成多通道异步阶梯加载和负 荷保持，自动采集试验力和X向、Y向及Z向作动器的活塞位移，记录试验曲线，并可以用通 信方式或模拟输出方式输出上述试验数据给数据采集系统，为试验数据的后处理提供了方 便。同时，具有作动器位置手动调整功能，可以完成负载、作动器位移的任意点保护。六、数据采集子系统，主要包括上位计算机，与上位计算机相连的数据采集器，置 于试件内部和表面、并与数据采集器相连的传感器，以及它们之间的数据传输线路。传感器 包括位移传感器、内力传感器。通过数据采集仪器的自动采集和上位计算机的实时显示，可 监控试验过程中时间的状态，用于控制加卸载过程。Y向加载分配梁4通过不同的组合方式可将Y向荷载平均分配成两个，作用于衬砌 管片上，用以施加径向剪切力或接头弯矩，同时可连接多个如三个Y向加载顶部作动器8， 将其输出的三个垂向力转化为一个垂向力，用于需要较大Y向载荷的试验工况中。如Y向 加载顶部作动器由两个750kN作动器和一个1500kN作动器组成，带有负荷传感器和内置式 磁致伸缩位移传感器，其前端带有球铰，由三个Moog D633伺服阀分别控制，既可以实现同 步联动加载，也可以独立加卸载，如仅使用其中一个完成加载试验。此外还有2个Y向加载 底部作动器9，且这2个作动器为同步加卸载。此外，Y向荷载分配梁4、Y向加载顶部垫梁 5均为独立的3套，分别与对应的3个Y向加载顶部作动器8连接。X向加载作动器11由4个IOOOkN低摩擦作动器组成，合在一起可以提供4000kN 的X向(横向)加载能力，且中间的2个作动器为同步加卸载，两侧的另外2个作动器可独 立加卸载。Z向加载作动器由2个1250kN的低摩擦作动器组成，与试样装配和运输装置一体 化设计，在主框架1外部将试样装配完成后，与Z向加载装置一起沿轨道25推入主框架1， 将管片试件安放在支座支撑块17上，再用支座固定块18固定，便可进行试验。这2个作动 器为同步加卸载。X向加载作动器11、Y向加载顶部作动器8、Y向加载底部作动器9、Z向加载作动 器16均带有负荷传感器和位移传感器，以进行力加载和位移加载。本系统可主要用于1)盾构隧道衬砌管片纵缝转角刚度试验，如图4至图6所示，通过1个Y向加载顶 部作动器8、Y向荷载分配梁4将垂向力平均分配为2个竖向荷载作用于管片纵缝的两侧， 使得在纵缝产生一个可知可控的弯矩，再通过中间2个X向加载作动器11对纵缝施加轴力 (压力或拉力)模拟实际盾构隧道纵缝受到的弯矩和轴力，应用位移传感器测得张角随荷 载的变化值，以此确定纵缝的转角刚度。2)盾构隧道衬砌管片纵缝剪切刚度试验，如图7至图9所示，通过1个Y向加载 顶部作动器8、Y向荷载分配梁4将垂向力转化成1个竖向荷载作用于管片纵缝外弧面的 一侧，在另一侧的内弧面用Y向加载底部作动器9固定，使得纵缝产生一个可知可控的剪切力，再通过中间2个X向加载作动器11对纵缝施加轴力(压力或拉力)来模拟实际盾构隧 道纵缝受到的剪力和轴力，应用位移传感器测得剪切变形随荷载的变化值，以此确定纵缝 的剪切刚度。3)盾构隧道衬砌管片环缝径向剪切刚度试验，如图10至图12所示，由两个Z向加 载上拉杆131、两个Z向加载下拉杆132、两个Z向加载作动器16构成自平衡反力架沿衬砌 管片的纵向轴线方向施加荷载，来模拟实际盾构隧道衬砌管片受到的纵向荷载，通过1个Y 向加载顶部作动器8、Y向荷载分配梁4将垂向力平均分配为2个竖向荷载作用于中间管片 (中间管片左右侧支座处垫板19和钢棒20预先撤除)，推动中间管片与两侧管片发生径向 错动，使得在环缝处产生一个可知可控的径向剪切力，应用位移传感器测得环缝径向剪切 变形随径向剪切力的变化规律，以此确定环缝的径向剪切刚度。4)盾构隧道衬砌管片环缝切向剪切刚度试验，如图13至15所示，由两个Z向加载 上拉杆131、两个Z向加载下拉杆132、两个Z向加载作动器16构成自平衡反力架沿衬砌管 片的纵向轴线方向(Ζ向)施加荷载，来模拟实际盾构隧道衬砌管片受到的纵向荷载，通过 右侧2个X向加载作动器11作用于中间管片(中间管片左侧支座处柱状铰21预先撤除)， 推动中间管片与两侧管片发生切向错动，使得环缝处产生一个可知可控的切向剪切力，应 用位移传感器测得环缝切向剪切变形随切向剪切力的变化规律，以此确定环缝的切向剪切 刚度。5)盾构隧道衬砌管片弯矩传递试验，如图16至18所示，由两个Z向加载上拉杆 131、两个Z向加载下拉杆132、两个Z向加载作动器16构成自平衡反力架沿衬砌管片的纵 向轴线方向施加荷载，来模拟实际盾构隧道衬砌管片受到的纵向荷载，通过4个X向加载作 动器11施加横向力模拟盾构隧道衬砌管片受到的轴力作用，通过3个Y向加载顶部作动器 8、Y向荷载分配梁将垂向力平均分配为2个竖向荷载作用于管片纵缝的两侧，使得在中间 管片纵缝产生一个可控的弯矩，应用内力传感器测得管片纵缝以及与纵缝相对的相邻管片 的混凝土和钢筋内力，计算的到实际纵缝和相邻管片受到的弯矩，以此可计算得到纵缝的 弯矩传递系数。本系统主要特点1)可进行盾构隧道衬砌管片接头以及其他类似构件的多种加载方式的力学特性 试验；2)获取盾构隧道衬砌管片接头的关键力学参数，如接头抗弯刚度、纵缝剪切刚度、 环间剪切刚度和弯矩传递系数，为设计提供依据；3)研究盾构隧道衬砌管片接头的力学机理，为理论分析提供试验数据；4)研究盾构隧道衬砌管片接头以及其他类似构件不同荷载形式下的各个部位应 力、应变以及破坏形式，研究提高管片接头及其他类似构件的承载力的措施；本试验系统的优点1)加载子系统采用模块化设计，通过不同的组合能完成盾构隧道衬砌管片环间剪 切试验、弯矩传递试验、纵缝转角刚度试验、纵缝径向剪切试验；2)试件支座能较好模拟简支的位移边界条件，使试验与理论分析的位移边界条件
一致，3)能进行盾构隧道衬砌管片接头以及类似构件的三向同步或异步加载，模拟结构的实际受力情况；4)控制系统有位移加载与力加载两种方式，对于各个方向的加载作动器可分别控 制，满足各种加载工况要求；5)借助于程序控制和自动数据采集技术，提高了工作效率和数据的准确性；6)加载控制子系统采用伺服控制，可完成多通道异步阶梯加载和负荷保持；7)自动采集试验力和垂向作动器的活塞位移，记录试验曲线，并可以用通信方式 或模拟输出方式输出上述试验数据给数据采集系统；本试验系统能够较好模拟盾构隧道衬砌管片接头在实际情况下的三项受力状态， 能完成多种不同的加载方式以测得盾构隧道衬砌管片接头力学参数，以及其他类似结构的 力学特性。本试验系统能安全、高效地完成各种同步或不同步加卸载试验操作，便于操作， 故障率低，能够胜任隧道衬砌构件力学性能试验的要求，既能通过施加轴力和弯矩获得纵 缝转角刚度，同时通过各种荷载组合形式，进行环缝径向/切向剪切试验、弯矩传递试验、 纵缝剪切试验等。并为设计提供相应的关键参数，同时采用先进的伺服控制，能精确施加需 要的荷载并维持。另外，本专利试验系统克服了整环试验的体量大、试验系统复杂，误差较 大的缺点，试验结果更为合理可靠。使用本专利试验系统进行试验，不仅可以为设计提供相 关的关键参数，而且可供研究盾构隧道衬砌管片各种力学特性之用。
权利要求
1. 一种可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性能试验系统，其特征是包括以下部分自平衡框架子系统，主要包括构成平衡框架结构的主框架(1)和连接梁(2)，所述主框 架(1)包括两个框架顶梁(101)、两个框架底梁(102)、两个左框架立柱(103)和两个右框 架立柱(104)，所述两个左框架立柱(103)之间设有两个连接梁(2)，所述两个右框架立柱 (104)之间设有两个连接梁(2)；加载子系统，主要包括X向加载子系统、Y向加载子系统、Z向加载子系统，其中 X向加载子系统主要包括X向加载作动器(11)、X向加载右反力梁(1001)、X向加载 左反力梁(1002)，所述X向加载右反力梁(1001)两端分别固定在两个右框架立柱(104) 上，所述X向加载作动器(11)固定在X向加载右反力梁(1001)上，所述X向加载左反力梁 (1002)两端分别固定在两个左框架立柱(103)上；Y向加载子系统主要包括Y向加载顶部反力梁(3)、Y向加载顶部作动器(8)、Y向荷载 分配梁⑷、Y向加载顶部垫梁(5)、Y向加载底部反力梁(6)、Y向加载底部作动器(9)、Y 向加载底部垫梁(7)，所述Y向加载顶部反力梁(3)两端分别固定在两个框架顶梁(101)下 部，所述Y向加载顶部作动器⑶固定在Y向加载顶部反力梁(3)下部，所述Y向荷载分配 梁(4)与Y向加载顶部作动器(8)加载头相连，所述Y向加载顶部垫梁(5)与Y向荷载分 配梁(4)下部连接，所述Y向加载底部反力梁(6)两端分别固定在两个框架底梁(102)上， 所述Y向加载底部作动器(9)固定在Y向加载底部反力梁(6)上部，所述Y向加载底部垫 梁(7)与Y向加载底部作动器(9)加载头相连；Z向加载子系统主要包括两个Z向加载框架前立柱(121)、两个Z向加载框架后立柱 (122)、两个Z向加载上拉杆(131)、两个Z向加载下拉杆(132)、Z向加载前反力梁(141)、 Z向加载后反力梁(142),Z向加载垫梁(15)和Z向加载作动器(16)，所述Z向加载前反力 梁(141)两端分别固定在两个Z向加载框架前立柱(121)上，所述Z向加载后反力梁(142) 两端分别固定在两个Z向加载框架后立柱(122)上，所述Z向加载作动器(16)固定在Z向 加载前反力梁(141)上，所述Z向加载垫梁(15)与Z向加载作动器(16)加载头相连，所述 每个Z向加载上拉杆(131)两端分别固定在同侧的Z向加载框架前立柱(121)和Z向加载 框架后立柱(122)上部，所述每个Z向加载下拉杆(132)两端分别固定在同侧的Z向加载 框架前立柱(121)和Z向加载框架后立柱(122)下部；试件支座子系统，主要包括左右两个支座，每个支座包括支座支撑块(17)，与支座支撑 块(17)配合用于固定试验管片的支座固定块(18)，所述支座和框架底梁(102)之间设有若 干块垫板(19)，所述垫板(19)之间设有钢棒(20)，所述支座和X向加载左反力梁(1002) 之间设有柱状铰(21)；试件运送子系统，主要包括两个Z向基座及分别设于两个Z向基座上的轨道(25)，两 个前进后退油缸(26)，所述每个前进后退油缸(26) —端固定在一个Z向加载框架前立柱 (121)上，另一端固定在一个Z向基座上，所述每个轨道(25)上安装有两个高度调节油缸 (23)，所述每个高度调节油缸(23)下部装有与所述轨道(25)相配合的滚轮(24)，所述两个 高度调节油缸(23)上部设有一试件临时支撑梁(22)；加载控制子系统，主要包括电液加载控制器(27)，所述电液加载控制器(27)通过电液 伺服阀来控制X向加载作动器(11)、Y向加载顶部作动器(8)、Y向加载底部作动器(9)、Z向加载作动器(16)、高度调节油缸(23)和前进后退油缸(26)的动作；数据采集子系统，主要包括上位计算机，与上位计算机相连的数据采集器，置于试件内 部和表面、并与数据采集器相连的传感器。
2.根据权利要求1所述的可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性能试验系统，其特 征是所述Y向加载顶部作动器(8)为3个，且每个作动器可独立加卸载，所述Y向加载底 部作动器(9)为2个，且这2个作动器为同步加卸载。
3.根据权利要求2所述的可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性能试验系统，其特 征是所述Y向荷载分配梁(4)、Y向加载顶部垫梁(5)均为独立的3套，分别与对应的3个 Y向加载顶部作动器(8)连接。
4.根据权利要求1所述的可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性能试验系统，其特 征是所述X向加载作动器(11)为4个，且中间的2个作动器为同步加卸载，两侧的另外2 个作动器可独立加卸载。
5.根据权利要求1所述的可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性能试验系统，其特 征是所述Z向加载作动器(16)为2个，且这2个作动器为同步加卸载。
6.根据权利要求1所述的可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性能试验系统，其特 征是所述X向加载作动器(11)、Y向加载顶部作动器⑶、Y向加载底部作动器(9)、Z向 加载作动器(16)均带有负荷传感器和位移传感器。
7.根据权利要求1所述的可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性能试验系统，其特 征是所述X向加载作动器(11)、Y向加载顶部作动器(8)、Z向加载作动器(16)的加载头 部设有球铰。
8 根据权利要求1所述的可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性能试验系统，其特 征是所述钢棒(20)、垫板(19)均为可拆卸式。
9.根据权利要求1所述的可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性能试验系统，其特 征是所述左右两个支座处分别设有独立的、可拆卸的3组支座支撑块(17)和支座固定块 (18)。
10.根据权利要求1所述的可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性能试验系统，其 特征是所述柱状铰(21)为独立的、可拆卸的3组。
全文摘要
本发明提供一种可三向加载的多功能衬砌管片接头力学性能试验系统，其主要包括自平衡框架子系统、加载子系统、试件支座子系统、试件运送子系统、加载控制子系统、数据采集子系统。加载子系统采用模块化设计，通过不同的组合能完成盾构隧道衬砌管片环间剪切试验、弯矩传递试验、纵缝转角刚度试验、纵缝径向剪切试验等。该系统能较好地模拟盾构隧道衬砌管片接头在实际情况下的三项受力状态，能完成多种不同的加载方式以测得盾构隧道衬砌管片接头力学参数，以及其他类似结构的力学特性。
文档编号G01N3/24GK102004054SQ20101028997
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者丁文其, 常岐, 彭益成, 朱合华, 沈碧伟, 闫治国, 陈宝, 顾赟, 黄锋 申请人:同济大学