1.本发明涉及盾构管片结构试验技术领域，具体涉及一种自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置及方法。
背景技术：2.盾构隧道衬砌结构由预制管片通过连接件拼装而成。采用螺栓连接的管片，一种型式是管片接缝位置不设置铸铁件，直接采用螺栓将管片拧紧从而实现管片之间的连接，即连接件为螺栓；另一种形式是在管片接缝位置预埋铸铁件，铸铁件通过锚筋锚固在管片混凝土中，然后通过螺栓将铸铁件拧紧从而实现管片之间的连接，连接件包括螺栓、铸铁件及其锚筋。采用快速连接件连接的管片，接缝两侧的管片中预埋滑入式或插入式快速连接件，快速连接件通过锚筋锚固在管片混凝土中，连接件包括滑入式或插入式快速连接件及其锚筋。
3.目前，关于盾构隧道衬砌结构的力学性能试验装置及方法主要集中在局部接缝或衬砌整环尺度，尚无关于接缝位置连接件的力学性能试验装置及方法。管片连接件在受力过程中主要承受拉伸与剪切荷载作用，其抗拉与抗剪性能对盾构衬砌环的承载及变形特性有重要影响。由于尚无针对管片连接件抗拉与抗剪性能的试验装置及方法，无法在设计盾构衬砌结构时对连接件的力学性能开展试验并获知其抗拉与抗剪强度、变形特性及锚固性能，造成管片连接件的适用性难以得到验证。
技术实现要素：4.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置及方法。
5.本发明提供了一种自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置，具有这样的特征，包括：试验试件，由两块t形试块纵向拼装而成，盾构管片连接件浇筑在两块t形试块的连接处；支撑部件，位于试验试件的下部，用于固定试验试件；拉伸部件，位于试验试件上部的左右两侧，用于对试验试件施加拉伸荷载；剪切部件，位于试验试件上部的前后两侧，用于对试验试件施加剪切荷载；以及安装部件，支撑部件、拉伸部件和剪切部件均设置在安装部件上，安装部件用于固定拉伸部件和剪切部件。
6.在本发明提供的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置中，还可以具有这样的特征：其中，支撑部件包括两个π形底座和两个连接梁。两个π形底座分别卡放在试验试件下部的左右两侧。两个连接梁位于试验试件下部的前后两侧并水平向设置，放置在π形底座的上方，连接梁用于固定两个π形底座。
7.在本发明提供的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置中，还可以具有这样的特征：其中，拉伸部件包括两个竖向千斤顶反力梁和分别设置在两个竖向千斤顶反力梁上的竖向千斤顶。两个竖向千斤顶和两个竖向千斤顶反力梁分别设置在试验试件上部的左右两侧。两个竖向千斤顶对试验试件施加竖向荷载，从而对试验试件施加拉伸荷载。
8.在本发明提供的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置中，还可以具有这样的特征：其中，剪切部件包括两个水平向千斤顶反力梁和分别设置在两个水平向千斤顶反力梁上的水平向千斤顶。两个水平向千斤顶和两个水平向千斤顶反力梁分别设置在试验试件上部的前后两侧。两个水平向千斤顶对试验试件施加水平向荷载，从而对试验试件施加剪切荷载。
9.在本发明提供的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置中，还可以具有这样的特征：其中，安装部件包括两端设置螺纹拉杆、螺母以及套筒。螺母和套筒可移动地套设在两端设置螺纹拉杆上。连接梁和π形底座的交点处、竖向千斤顶反力梁和水平向千斤顶反力梁的交点处均固定在套筒上。
10.在本发明提供的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置中，还可以具有这样的特征：其中，两端设置螺纹拉杆的数量为四根，前后各两根，均竖向设置，并与试验试件平行。每一根两端设置螺纹拉杆上设置有两个套筒和四个螺母。两个套筒分别位于两端设置螺纹拉杆的上下两端，两个螺母对应一个套筒，两个螺母分别位于套筒的两端。每一根两端设置螺纹拉杆上端的套筒安装竖向千斤顶反力梁和水平向千斤顶反力梁的交点，下端的套筒安装连接梁以及π形底座的交点，均用螺母进行固定。套筒用于防止竖向千斤顶反力梁、水平向千斤顶反力梁、连接梁以及π形底座对两端设置螺纹拉杆上的螺纹造成损坏。
11.在本发明提供的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置中，还可以具有这样的特征：自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置的安装步骤为：步骤1，将两块t形试块拼装完成形成试验试件后，放置于试验平台上；步骤2，将π形底座和连接梁放置在试验试件上；步骤3，将两个螺母与两个套筒分别安装于每根两端设置螺纹拉杆上；步骤4，将两端设置螺纹拉杆与π形底座和连接梁相连，并安装拧紧π形底座下方的四个螺母；步骤5，安装水平向千斤顶及其水平向千斤顶反力梁与竖向千斤顶及其竖向千斤顶反力梁，并安装拧紧竖向千斤顶反力梁上方的四个螺母。
12.本发明提供了一种自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤s1，开展盾构管片连接件抗拉力学性能试验时，安装于竖向千斤顶反力梁上的两个竖向千斤顶对试验试件施加竖向荷载，两个竖向千斤顶施加的荷载相同，合力为f，可获得拉力荷载为f时管片连接件的抗拉性能；步骤s2，开展管片连接件抗剪力学性能试验时，安装于试验试件一侧的单个水平向千斤顶对试验试件施加水平荷载，单个水平向千斤顶施加的荷载为s，可获得剪切荷载为s时上部t形试块相对下部t形试块向一侧错动时管片连接件的抗剪性能，当安装于试验试件另一侧的单个水平向千斤顶对试验试件施加水平荷载s时，可获得剪切荷载为s时上部t形试块相对下部t形试块向另一侧错动时管片连接件的抗剪性能；步骤s3，当安装于试验装置中的竖向千斤顶和单侧的水平向千斤顶同步作用时，可开展管片连接件的拉剪性能试验，获取管片连接件在拉伸与剪切荷载共同作用时的拉剪性能。
13.发明的作用与效果
14.根据本发明所涉及的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置，因为包括：试验试件，由两块t形试块纵向拼装而成，盾构管片连接件浇筑在两块t形试块的连接处；支撑部件，位于试验试件的下部，用于固定试验试件；拉伸部件，位于试验试件上部的左右两侧，用于对试验试件施加拉伸荷载；剪切部件，位于试验试件上部的前后两侧，用于对试验
试件施加剪切荷载；以及安装部件，支撑部件、拉伸部件和剪切部件均设置在安装部件上，安装部件用于固定拉伸部件和剪切部件。
15.因此，本发明的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置能对管片连接件在单一拉伸或剪切荷载作用时的力学性能开展试验，还可实现管片连接件在拉伸与剪切荷载同步作用时的力学性能试验。此外，该装置中的加载千斤顶反力结构直接套设在试验试件上，无需在试件外侧设置反力框架，具有一定的经济优势。
附图说明
16.图1是本发明的实施例中自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置的正视图；
17.图2是本发明的实施例中自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置的侧视图；
18.图3是本发明的实施例中自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置的剖面图；
19.图4是本发明的实施例中管片连接件浇筑于t形试块示意图；
20.图5是本发明的实施例中管片连接件抗拉性能试验加载示意图；
21.图6是本发明的实施例中管片连接件抗剪性能试验加载示意图；
22.图7是本发明的实施例中试验试件放置于试验平台示意图；
23.图8是本发明的实施例中底座和连接梁放置于试验试件示意图；
24.图9是本发明的实施例中螺母与套筒安装于两端设置螺纹拉杆示意图；
25.图10是本发明的实施例中两端设置螺纹拉杆安装示意图；
26.图11是本发明的实施例中试验试件及装置安装完成示意图。
具体实施方式
27.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置及方法作具体阐述。
28.本实施例提供了一种自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置100。
29.图1是本发明的实施例中自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置的正视图。
30.图2是本发明的实施例中自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置的侧视图。
31.图3是本发明的实施例中自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置的剖面图。
32.如图1～图3所示，本实施例的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置100包括试验试件10、支撑部件20、拉伸部件30、剪切部件40以及安装部件50。
33.图4是本发明的实施例中管片连接件浇筑于t形试块示意图。
34.试验试件10包括管片连接件11和t形试块12。为实现管片连接件拉剪性能试验加载，需将盾构管片中的管片连接件11浇筑在t形试块12中，如图4所示。两块t形试块12拼装后形成连接件拉剪性能试验试件10。
35.支撑部件20包括两个π形底座21和两个连接梁22。两个π形底座21分别卡放在试验试件10下部的左右两侧。两个连接梁22位于试验试件10下部的前后两侧并水平向设置，放置在π形底座21的上方，连接梁22用于固定两个π形底座21。
36.由两块t形试块拼装而成的试验试件放置于试验平台上。π形底座21的作用是保证整个试验加载装置卡置于试验试件10上，实现加载装置与试验试件10间的受力自平衡，无需在试件外侧设置反力框架。
37.拉伸部件30包括两个竖向千斤顶反力梁31和分别设置在两个竖向千斤顶反力梁上的竖向千斤顶32。两个竖向千斤顶32和两个竖向千斤顶反力梁31分别设置在试验试件10上部的左右两侧。两个竖向千斤顶32对试验试件10施加竖向荷载，从而对试验试件10施加拉伸荷载。
38.剪切部件40包括两个水平向千斤顶反力梁41和分别设置在两个水平向千斤顶反力梁上的水平向千斤顶42。两个水平向千斤顶42和两个水平向千斤顶反力梁41分别设置在试验试件10上部的前后两侧。两个水平向千斤顶42对试验试件10施加水平向荷载，从而对试验试件施加剪切荷载。
39.试验中，通过竖向千斤顶32对试验试件10施加竖向荷载，竖向千斤顶32安装在竖向千斤顶反力梁31上；通过水平向千斤顶42对试验试件10施加水平荷载，水平向千斤顶42安装在水平向千斤顶反力梁41上。
40.安装部件50包括两端设置螺纹拉杆51、螺母52以及套筒53。螺母52和套筒53可移动地套设在两端设置螺纹拉杆51上。连接梁22和π形底座21的交点处、竖向千斤顶反力梁31和水平向千斤顶反力梁41的交点处均固定在套筒上。
41.本实施例中，两端设置螺纹拉杆51的数量为四根，前后各两根，均竖向设置，并与试验试件10平行。每一根两端设置螺纹拉杆51上设置有两个套筒53和四个螺母52。两个套筒53分别位于两端设置螺纹拉杆51的上下两端，两个螺母52对应一个套筒53，两个螺母52分别位于套筒53的两端。每一根两端设置螺纹拉杆51上端的套筒53安装竖向千斤顶反力梁31和水平向千斤顶反力梁41的交点，下端的套筒安装连接梁22以及π形底座21的交点，均用螺母52进行固定。
42.本实施例中，两个π形底座21卡放在试验试件10上，并与两个连接梁22通过四根竖向放置的两端设置螺纹拉杆51连接，π形底座21和连接梁22与两端设置螺纹拉杆51之间通过螺母52拧紧固定。连接梁22的作用是与π形底座21一起将四根两端设置螺纹拉杆51连接成整体，保证受力稳定。在π形底座21和连接梁22与两端设置螺纹拉杆51接触的位置安装设置内螺纹的套筒53，套筒53的作用是防止π形底座21和连接梁22对两端设置螺纹拉杆51上的螺纹造成损坏。
43.在四根竖向两端设置螺纹拉杆51的另一端，安装竖向千斤顶反力梁31和水平向千斤顶反力梁41。竖向和水平向千斤顶反力梁31与两端设置螺纹拉杆51之间通过螺母52拧紧固定。在竖向千斤顶反力梁31和水平向千斤顶反力梁41与两端设置螺纹拉杆51接触的位置安装设置内螺纹的套筒53，套筒53的作用是防止反力梁对拉杆上的螺纹造成损坏。
44.本实施例还提供了一种自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验方法，包括以下步骤：
45.图5是本发明的实施例中管片连接件抗拉性能试验加载示意图。
46.步骤s1，当开展管片连接件抗拉力学性能试验时，安装于竖向千斤顶反力梁上的两个竖向千斤顶对试验试件施加竖向荷载，如图5所示。两个竖向千斤顶施加的荷载相同，合力为f，可获得拉力荷载为f时管片连接件的抗拉性能。
47.图6是本发明的实施例中管片连接件抗剪性能试验加载示意图。
48.步骤s2，当开展管片连接件抗剪力学性能试验时，安装于试验试件一侧的单个水平向千斤顶对试验试件施加水平荷载，如图6所示。单个水平向千斤顶施加的荷载为s，可获得剪切荷载为s时上部t形试块相对下部t形试块向一侧错动时管片连接件的抗剪性能。当安装于试验试件另一侧的单个水平向千斤顶对试验试件施加水平荷载s时，可获得剪切荷载为s时上部t形试块相对下部t形试块向另一侧错动时管片连接件的抗剪性能。
49.步骤s3，当安装于试验装置中的竖向千斤顶和单侧的水平向千斤顶同步作用时，可开展管片连接件的拉剪性能试验，获取管片连接件在拉伸与剪切荷载共同作用时的拉剪性能。
50.本实施例的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置的安装步骤为：
51.图7是本发明的实施例中试验试件放置于试验平台示意图。
52.步骤1，将两块t形试块拼装完成形成试验试件后，放置于试验平台上，如图7所示。
53.图8是本发明的实施例中底座和连接梁放置于试验试件示意图。
54.步骤2，将π形底座和连接梁放置在试验试件上，如图8所示。
55.图9是本发明的实施例中螺母与套筒安装于两端设置螺纹拉杆示意图。
56.步骤3，将两个螺母与两个套筒分别安装于每根两端设置螺纹拉杆上，如图9所示。
57.图10是本发明的实施例中两端设置螺纹拉杆安装示意图。
58.步骤4，将两端设置螺纹拉杆与π形底座和连接梁相连，并安装拧紧π形底座下方的四个螺母，如图10所示。
59.图11是本发明的实施例中试验试件及装置安装完成示意图。
60.步骤5，安装水平向千斤顶及其水平向千斤顶反力梁与竖向千斤顶及其竖向千斤顶反力梁，并安装拧紧竖向千斤顶反力梁上方的四个螺母，安装完成后的试验试件及装置如图11所示。
61.实施例的作用与效果
62.根据本实施例所涉及的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置，因为包括：试验试件，由两块t形试块纵向拼装而成，盾构管片连接件浇筑在两块t形试块的连接处；支撑部件，位于试验试件的下部，用于固定试验试件；拉伸部件，位于试验试件上部的左右两侧，用于对试验试件施加拉伸荷载；剪切部件，位于试验试件上部的前后两侧，用于对试验试件施加剪切荷载；以及安装部件，支撑部件、拉伸部件和剪切部件均设置在安装部件上，安装部件用于固定拉伸部件和剪切部件。
63.因此，本实施例的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置能对管片连接件在单一拉伸或剪切荷载作用时的力学性能开展试验，还可实现管片连接件在拉伸与剪切荷载同步作用时的力学性能试验。此外，该装置中的加载千斤顶反力结构直接套设在试验试件上，无需在试件外侧设置反力框架，具有一定的经济优势。
64.上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
技术特征：1.一种自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置，其特征在于，包括：试验试件，由两块t形试块纵向拼装而成，所述盾构管片连接件浇筑在所述两块t形试块的连接处；支撑部件，位于所述试验试件的下部，用于固定所述试验试件；拉伸部件，位于所述试验试件上部的左右两侧，用于对所述试验试件施加拉伸荷载；剪切部件，位于所述试验试件上部的前后两侧，用于对所述试验试件施加剪切荷载；以及安装部件，所述支撑部件、所述拉伸部件和所述剪切部件均设置在所述安装部件上，所述安装部件用于固定所述拉伸部件和所述剪切部件。2.根据权利要求1所述的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置，其特征在于：其中，所述支撑部件包括两个π形底座和两个连接梁，两个所述π形底座分别卡放在所述试验试件下部的左右两侧，两个所述连接梁位于所述试验试件下部的前后两侧并水平向设置，放置在所述π形底座的上方，所述连接梁用于固定两个所述π形底座。3.根据权利要求1所述的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置，其特征在于：其中，所述拉伸部件包括两个竖向千斤顶反力梁和分别设置在两个所述竖向千斤顶反力梁上的竖向千斤顶，两个所述竖向千斤顶和两个所述竖向千斤顶反力梁分别设置在所述试验试件上部的左右两侧，两个所述竖向千斤顶对所述试验试件施加竖向荷载，从而对所述试验试件施加拉伸荷载。4.根据权利要求1所述的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置，其特征在于：其中，所述剪切部件包括两个水平向千斤顶反力梁和分别设置在两个所述水平向千斤顶反力梁上的水平向千斤顶，两个所述水平向千斤顶和两个所述水平向千斤顶反力梁分别设置在所述试验试件上部的前后两侧，两个所述水平向千斤顶对所述试验试件施加水平向荷载，从而对所述试验试件施加剪切荷载。5.根据权利要求1所述的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置，其特征在于：其中，所述安装部件包括两端设置螺纹拉杆、螺母以及套筒，所述螺母和套筒可移动地套设在所述两端设置螺纹拉杆上，连接梁和π形底座的交点处、竖向千斤顶反力梁和水平向千斤顶反力梁的交点处均固定在所述套筒上。6.根据权利要求5所述的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置，其特征在于：其中，所述两端设置螺纹拉杆的数量为四根，前后各两根，均竖向设置，并与试验试件平行，每一根所述两端设置螺纹拉杆上设置有两个所述套筒和四个所述螺母，两个所述套筒分别位于所述两端设置螺纹拉杆的上下两端，两个所述螺母对应一个所述套筒，两个所述螺母分别位于所述套筒的两端，
每一根所述两端设置螺纹拉杆上端的套筒安装所述竖向千斤顶反力梁和所述水平向千斤顶反力梁的交点，下端的套筒安装所述连接梁以及所述π形底座的交点，均用所述螺母进行固定，所述套筒用于防止所述竖向千斤顶反力梁、所述水平向千斤顶反力梁、所述连接梁以及所述π形底座对所述两端设置螺纹拉杆上的螺纹造成损坏。7.根据权利要求1所述的自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置，其特征在于：所述自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置的安装步骤为：步骤1，将两块t形试块拼装完成形成试验试件后，放置于试验平台上；步骤2，将π形底座和连接梁放置在试验试件上；步骤3，将两个螺母与两个套筒分别安装于每根两端设置螺纹拉杆上；步骤4，将两端设置螺纹拉杆与π形底座和连接梁相连，并安装拧紧π形底座下方的四个螺母；步骤5，安装水平向千斤顶及其水平向千斤顶反力梁与竖向千斤顶及其竖向千斤顶反力梁，并安装拧紧竖向千斤顶反力梁上方的四个螺母。8.一种自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，开展盾构管片连接件抗拉力学性能试验时，安装于竖向千斤顶反力梁上的两个竖向千斤顶对试验试件施加竖向荷载，两个竖向千斤顶施加的荷载相同，合力为f，可获得拉力荷载为f时管片连接件的抗拉性能；步骤s2，开展管片连接件抗剪力学性能试验时，安装于试验试件一侧的单个水平向千斤顶对试验试件施加水平荷载，单个水平向千斤顶施加的荷载为s，可获得剪切荷载为s时上部t形试块相对下部t形试块向一侧错动时管片连接件的抗剪性能，当安装于试验试件另一侧的单个水平向千斤顶对试验试件施加水平荷载s时，可获得剪切荷载为s时上部t形试块相对下部t形试块向另一侧错动时管片连接件的抗剪性能；步骤s3，当安装于试验装置中的竖向千斤顶和单侧的水平向千斤顶同步作用时，可开展管片连接件的拉剪性能试验，获取管片连接件在拉伸与剪切荷载共同作用时的拉剪性能。
技术总结本发明公开了自平衡式的盾构管片连接件拉剪性能试验装置，包括：试验试件，由两块T形试块纵向拼装而成，盾构管片连接件浇筑在两块T形试块的连接处；支撑部件，位于试验试件的下部，用于固定试验试件；拉伸部件，位于试验试件上部的左右两侧，用于对试验试件施加拉伸荷载；剪切部件，位于试验试件上部的前后两侧，用于对试验试件施加剪切荷载；安装部件，支撑部件、拉伸部件和剪切部件均设置在安装部件上，安装部件用于固定拉伸部件和剪切部件。该装置能对管片连接件在单一拉伸或剪切荷载作用时、或拉伸与剪切荷载同步作用时的力学性能开展试验。该装置中的加载千斤顶反力结构直接套设在试验试件上，无需在试件外侧设置反力框架，具有经济优势。具有经济优势。具有经济优势。
技术研发人员：周龙 闫治国 朱合华 刘学增
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2022.07.20
技术公布日：2022/11/1
