本发明专利技术公开了一种环形隧道衬砌结构体系的高温力学性能试验系统，包括以下七个部分：火灾热环境模拟子系统；隔热保温子系统；基座及衬砌结构力学边界模拟子系统；加载子系统；测量子系统；数据采集子系统；衬砌结构热边界模拟子系统。本试验系统能够较好的模拟隧道火灾特点（升温速度快、达到的最高温度高）及多种隧道火灾场景；能够模拟隧道衬砌结构体系的热边界条件及周围土体、地下水对构件的影响；能够模拟地层抗力对衬砌结构体系的影响；能够对衬砌结构体系施加多种荷载－温度工况；能够对衬砌结构体系施加不同的位移边界条件。本发明专利技术安全可靠，便于操作，故障率低，能够胜任隧道衬砌结构体系高温时（高温后）力学性能试验的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种试验装置，特别是一种用于对环形隧道衬砌结构体系进行高温力学性能 试验的装置。
技术介绍
火灾会造成隧道衬砌结构体系混凝土、钢筋力学性能的降低，会导致衬砌结构体系承载能 力的降低，可能引起隧道衬砌结构体系的坍塌。特别是对于装配式衬砌结构体系，如盾构隧 道、沉管隧道等，还会导致接头等薄弱部位的性能下降，引起隧道漏水、甚至破坏。同时， 隧道衬砌结构体系与地面结构物不同，其本身由于火灾造成的永久变形不仅会导致结构体系 的内力发生重分布，造成体系承载能力的降低，而且会对地面建筑及临近的结构物产生不良 影响。因此，通过试验研究隧道衬砌结构体系高温时(高温后)的力学性能是极为重要的问 题。而开展这样的研究也亟需有综合性的试验系统来支持，但是，目前尚没有能够反应隧道 火灾特点和衬砌结构体系受力特点的衬砌结构体系高温时(高温后)力学性能的试验系统。对于隧道衬砌这类地下结构，当研究其结构体系高温时(高温后)的力学性能时，与地上 结构相比，有如下几个方面的重要特点和不同(1) 国内外实际火灾事故和火灾试验表明隧道火灾升温速度快(最高可达到250 'C/rain), 达到的最高温度高(最高可达到1350 'C)，火灾持续的时间长。为了描述隧道火灾的 特点，目前国际上已建立了RWS (荷兰)，HC， RABT (德国)等温度一时间曲线。因此， 在进行隧道衬砌结构体系高温时(高温后)力学性能的试验时，必须要营造出符合实 际隧道火灾特点的升温环境(也即模拟这些已经建立的标准曲线)。(2) 相对于地上结构而言，隧道衬砌结构体系的受火方式为单面受火，同时另一面并非与 空气而是与包裹其的岩土体(包括地下水)接触。(3) 由于隧道衬砌结构体系被岩土体包裹，地下水及周围岩土体会明显的影响衬砌结构体 系内部温度的发展变化规律，进而影响其材料物理力学性能的变化。(4) 隧道衬砌结构体系是一种高次超静定结构，其与地层的相互作用相当复杂。因此，与 地上结构不同，在试验中，需要反映出地层对结构体系的约束一地层抗力的作用。(5) 不同的温度一荷载工况会明显的影响隧道衬砌结构体系高温时(高温后)力学性能的 变化。鉴于此，在开展隧道衬砌结构体系高温时(高温后)的力学性能试验时必需要体现出上述 特点。但是，由于进行衬砌结构体系高温试验时如何营造隧道火灾场景、如何加载以及如何 反应隧道衬砌结构体系与地层的相互作用都面临着挑战，因此，目前能够模拟隧道火灾特点 (升温速度快，最高温度高)、热边界(与岩土体接触)、衬砌结构体系受力特点(考虑地层 抗力)及隧道衬砌结构体系受力状况，能安全、可靠的开展隧道衬砌结构体系高温时(高温 后)力学性能试验的综合性试验系统尚未见报道。而已有的一些装置只是进行构件试验，不能进行衬砌结构体系高温力学性能试验。且从研 究内容来看，主要局限于研究隧道衬砌构件抗爆裂性能、衬砌构件内的温度分布以及火灾对 隧道衬砌构件表面的损伤及防护措施。这些试验装置采用的升温方式如表1所示表1目前进行结构体系火灾试验时使用的升温方式<table>table see original document page 5</column></row><table>从这些试验装置采用的升温方式来看，存在的问题主要是或者升温速度慢、或者达到的最高温度低、或者不能准确的控制温度按照预定的升温曲线升高，均不能很好的反映隧道火 灾的特点。其次，在模拟隧道衬砌结构热边界条件方面，这些装置几乎都没有考虑周围岩土体对衬砌结构体系高温力学性能的影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够模拟隧道火灾特点、热边界特点及隧道衬砌结 构体系受力特点，能够安全、可靠的开展隧道衬砌结构体系高温力学性能试验的综合性多功 能试验系统。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案 一种环形隧道衬砌结构体系的高温力学性能试验系统，试验时所述的环形隧道衬砌结构体系轴线向上，它包括以下七个部分0)基座及衬砌结构力学边界模拟子系统，主要包括环形支撑基座和地层抗力模拟装置，所述衬砌结构体系平放在支撑基座上；②隔热保温子系统，主要包括耐火底板、隔热盖板和隔热挡板，所述耐火底板位于支撑基座的内部、衬砌结构体系的下面，所述隔热盖板盖在衬砌结 构体系的上面，所述隔热挡板位于衬砌结构体系的内部并与衬砌结构体系的轴线平行，隔热挡板与衬砌结构体系内壁之间设有隔热纤维，所述隔热挡板上设有燃烧器安装孔；③火灾热环境模拟子系统,主要包括燃烧器控制台，燃烧器，液化气及空气供应设备，燃烧器安装于隔热挡板上的燃烧器安装孔内；⑨加载子系统，主要包括液压站及控制台，X向加载千斤顶，Y向加载千斤顶，加载反力框架，所述加载反力框架为四边形，套在衬砌结构体系的外面，所述X向加载千斤顶和Y向加载千斤顶分别设置加载反力框架的四边与衬砌结构体系之间； 测量子系统，主要包括X向测力传感器，Y向测力传感器，炉内温度传感器，衬砌结构体系的参数测量装置、土体温度传感器； 数据采集子系统，主要包括上位计算机以及与之相连接的数据采集器，所述数据采集器与测量子系统相连接；①衬砌结构热边界模拟子系统，主要由土体及挡土板组成，所述挡土板套在衬砌结构体系的外面，所述土体填充于挡土板与衬砌 结构体系之间。本试验系统的优点体现在(1) 由于选用工业级燃气燃烧器和控制台，由程序自动控制升温，使得本试验系统能够 较好的模报隧道火灾场景，体现了隧道火灾升温速度快、达到的最高温度髙的特点。(2) 本试验系统的升温速度，最高温度均可调，能够支持多种隧道火灾场景，可以根据 要求自由选择和自动程序设定需要的温度一时间曲线。 (3) 合理布置的保温隔热措施，既保证了炉内的快速升温和较小的温度波动，同时，避 免了炉内高温对测试装置、加载装置及周围环境的影响。(4) 能够模拟隧道衬砌结构体系的热边界条件一单面受火，另一面为岩土体，能够模拟 周围土体、地下水对衬砌结构体系的影响。(5) 能够对衬砌结构体系施加不同的位移边界条件一自由边界、考虑地层抗力的边界及 固定边界。(6) 能够对衬砌结构体系施加多种荷载一温度工况一先升温后加载，先加载后升温或者 先升温冷却后加载等。同时，除了可以方便的进行隧道衬砌结构体系髙温时(高温后)的力 学性能试验，也可以对其进行常温时的力学性能试验。(7) 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。(8) 本试验系统故障率低，安全可靠，便于操作，能够胜任隧道衬砌结构体系高温时(高 温后)力学性能试验的要求。优选地，上述耐火底板由下层的耐火砖垫层和上层的耐火纤维垫板构成。 优选地，上述隔热盖板由外层钢板和内层耐火纤维组合而成。优选地，上述衬砌结构体系与支撑基座之间垫有细钢棒和柔软的耐火纤维。细钢棒的作 用是使支撑基座与衬砌结构体系之间的滑动摩擦转化为多点接触的滚动摩擦，减弱了支撑基 座对衬砌结构体系变形的影响；耐火纤维的作用一方面是填充支撑基座与衬砌结构体系之间 的孔隙，避免热量的散失，另一方面可以保护细钢棒不受炉内高温的影响。优选地，上述地层抗力模拟装置由弹簧构成，设置在X向加载千斤顶或Y向加载千斤顶 与衬砌结构体系之间。上述衬砌结构体系的参数测量装置包括温本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种环形隧道衬砌结构体系的高温力学性能试验系统，试验时所述的环形隧道衬砌结构体系（４）轴线向上，其特征是包括以下部分：基座及衬砌结构力学边界模拟子系统，主要包括：环形支撑基座（１１）和地层抗力模拟装置（１２），所述衬砌结构体系（４） 平放在支撑基座（１１）上；隔热保温子系统，主要包括耐火底板（５）、隔热盖板（１０）和隔热挡板（６），所述耐火底板（５）位于支撑基座（１１）的内部、衬砌结构体系（４）的下面，所述隔热盖板（１０）盖在衬砌结构体系（４）的上面，所述隔热挡 板（６）位于衬砌结构体系（４）的内部并与衬砌结构体系（４）的轴线平行，隔热挡板（６）与衬砌结构体系（４）内壁之间设有隔热纤维（９），所述隔热挡板（６）上设有燃烧器安装孔（７）；火灾热环境模拟子系统，主要包括燃烧器控制台（１），燃烧器 （２），液化气及空气供应设备（３），燃烧器（２）安装于隔热挡板（６）上的燃烧器安装孔（７）内；加载子系统，主要包括液压站及控制台（１３），Ｘ向加载千斤顶（１４），Ｙ向加载千斤顶（１５），加载反力框架（１６），所述加载反力框架（１６） 为四边形，套在衬砌结构体系（４）的外面，所述Ｘ向加载千斤顶（１４）和Ｙ向加载千斤顶（１５）分别设置加载反力框架（１６）的四边与衬砌结构体系（４）之间；测量子系统，主要包括：Ｘ向测力传感器（１７），Ｙ向测力传感器（１８），炉内温度传感 器（１９），衬砌结构体系的参数测量装置（２０）、土体温度传感器（２１）；数据采集子系统（２３），主要包括上位计算机以及与之相连接的数据采集器，所述数据采集器与测量子系统相连接；衬砌结构热边界模拟子系统（２４），主要由土体（２ ４２）及挡土板（２４１）组成，所述挡土板（２４１）套在衬砌结构体系（４）的外面，所述土体（２４２）填充于挡土板（２４１１）与衬砌结构体系（４）之间。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：闫治国，朱合华，丁文其，曾令军，强健，姚坚，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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