預制混凝土管片力學試驗系統的設計及應用

后超，韋永斌

(中國建筑股份有限公司技術中心，北京 101300)

預制混凝土管片力學試驗系統的設計及應用

后超，韋永斌

(中國建筑股份有限公司技術中心，北京 101300)

為研究預制混凝土管片的力學性能，設計了一套試驗裝置系統。該系統適應多種試件尺寸，最大可加壓500kN。通過高達100次/s的速率對壓力與變形數據進行采集，從而實現了以軟件濾波大幅度提高采集精度。

預制混凝土管片；高速采集；濾波

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.05.037

1　引言

隨著我國地鐵及隧道建設的不斷擴大，施工技術也得到了飛躍的發展。目前，常用的隧道施工方法有：礦山法、掘進機法、明挖法、蓋挖法、盾構法等。其中，盾構法具有安全、快速、經濟、施工勞動強度低等特點，從而被廣泛使用。盾構法施工中，一般將預制管片拼裝成圓形襯砌來加固隧道邊墻。其中，最常用的管片形式為混凝土襯砌管片。2008年針對混凝土襯砌管片的制作要求、實驗方法、檢驗規則等發布了《預制混凝土襯砌管片》（GB/T22082—2008）國家標準。

2　實驗設計

2.1主要目標及方法

該系統用于管片的抗彎性能實驗，參照（GB/T22082—2008）標準對固定試件緩慢持續加壓直到試件破壞，以測定破壞荷載值，并在各荷載段對試件裂縫測定[1]。該系統可在加壓期間實時采集壓力及變形的精確數據，以便后期對試件力學性能進行分析。

2.2系統總體架構

系統如上所述，總體結構如圖1、圖2所示。

圖1　系統結構圖

實驗裝置通過計算機控制油壓泵推動千斤頂向管片試件加壓。千斤頂與分配梁之間固定有量程200kN、0～10V電壓輸出、輸出靈敏度為2.000mV/V的壓力傳感器。如圖2所示管片D1～D7,7個點分別固定有量程150mm、0～10V電壓輸出、線性度<0.1%的位移傳感器。采集系統核心硬件為16位、0～10V雙端模擬量輸入、16通道高速采集模塊。采集速率最高可達到100kHz，足以對采集數據進行軟件濾波，以消除周圍環境及傳感器電路對采集結果的干擾，大大提高采集精度。

圖2　實驗裝置構造圖

3　系統軟件設計

此軟件基于.NET框架開發[2]，如圖3所示，軟件由菜單區、參數設置區、原始數據曲線顯示區、濾波后數據曲線顯示區、通道端口選擇區構成。

圖3　軟件界面

軟件可將壓力數據和位移數據實時曲線化，以便在實驗中實時觀察各項數據的變化。也可導入歷史數據，用鼠標對某一段曲線進行拖放來觀察細節。

由于該實驗系統采用的都是高精度的傳感器和采集模塊，實驗現場和周邊的機械設備會對采集系統有較大的干擾。如圖4所示，通過軟件對原始數據進行二階低通濾波去除高頻噪聲后，得到非常平滑曲線，使數據變得更容易分析[3]。并支持有選擇性的數據導出。

圖4　曲線濾波前后對比

4　系統應用

該實驗系統應用于深圳地鐵9號線項目。隧道外徑6m，管片厚度300mm，環寬1.2m。管片鋼纖維摻量25kg/m3，鋼筋鋼纖維混凝土強度等級CF60。液壓千斤頂施壓加載速度60kN/min，管片設計荷載為500kN,在300kN、320kN、340kN、360kN、420kN、500kN各維持5min檢查裂縫,實驗數據見表1。然后持續加壓直至管片破壞。試件在500kN持壓階段出現2～3條寬度小于0.2mm的裂縫。如圖5所示，當持續加壓到860kN時，位移曲線變化斜率發生突變，呈直線遞增，管片內鋼筋出現屈服，裂縫貫通。壓力加載到1120kN時,試件崩壞。

表1　加載壓力與位移對照表

圖5　壓力及變形曲線

5　結語

通過在實際工程中的使用表明，該“預制混凝土管片力學試驗系統”達到了預期的設計目標。系統實現了高精度的數據采集，使實驗人員對試件性能做出比以往更準確的判斷。

【1】閆志國.地鐵隧道鋼纖維混凝土管片力學性能研究[J].巖石力學與工程學報，2006,25(1)：2888-2893.

【2】李江全.Visual Basic.NET串口通信及測控應用典型實例[M].北京：電子工業出版社,2012.

【3】王璨.基于Visual C++數字低通濾波器軟件的研究與設計[J].應用科技，2008,35(10)：10-13.

Design and Application of Precast Concrete Segments Mechanical Testing System

HOU Chao，WEI Yong-bin
(China State Construction ENGRG.Co.Ltd.Technical Center,Beijing 101300,China)

In order to study the mechanical properties of precast concrete segments,and designed a test device system.The system adapt to a variety of specimen size,the maximum pressure 500kN.Byup to 100t/s rate on pressure and deformation data collection,in order to achieve a substantial increase in the acquisition of software filtering accuracy.

reinforced concrete segments；high speed data acquisition；filtering

U454.1+8;U455.91

B

1007-9467（2016）05-0129-03

后超（1984～），男，河南洛陽人，助理工程師，從事施工監測與自動化控制研究，（電子信箱）712802999@qq.com。

2015-11-20