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(tǒng)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(tǒng)。該系統(tǒng)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(shù)據(jù)進行采集,從而實現(xiàn)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
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(fā)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(jīng)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(guī)則等發(fā)布了《預制混凝土襯砌管片》(GB/T22082—2008)國家標準。
2.1主要目標及方法
該系統(tǒng)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(xù)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(tǒng)可在加壓期間實時采集壓力及變形的精確數(shù)據(jù),以便后期對試件力學性能進行分析。
2.2系統(tǒng)總體架構
系統(tǒng)如上所述,總體結構如圖1、圖2所示。
圖1 系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)進行軟件濾波,以消除周圍環(huán)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
此軟件基于.NET框架開發(fā)[2],如圖3所示,軟件由菜單區(qū)、參數(shù)設置區(qū)、原始數(shù)據(jù)曲線顯示區(qū)、濾波后數(shù)據(jù)曲線顯示區(qū)、通道端口選擇區(qū)構成。
圖3 軟件界面
軟件可將壓力數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)實時曲線化,以便在實驗中實時觀察各項數(shù)據(jù)的變化。也可導入歷史數(shù)據(jù),用鼠標對某一段曲線進行拖放來觀察細節(jié)。
由于該實驗系統(tǒng)采用的都是高精度的傳感器和采集模塊,實驗現(xiàn)場和周邊的機械設備會對采集系統(tǒng)有較大的干擾。如圖4所示,通過軟件對原始數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)變得更容易分析[3]。并支持有選擇性的數(shù)據(jù)導出。
圖4 曲線濾波前后對比
該實驗系統(tǒng)應用于深圳地鐵9號線項目。隧道外徑6m,管片厚度300mm,環(huán)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(shù)據(jù)見表1。然后持續(xù)加壓直至管片破壞。試件在500kN持壓階段出現(xiàn)2~3條寬度小于0.2mm的裂縫。如圖5所示,當持續(xù)加壓到860kN時,位移曲線變化斜率發(fā)生突變,呈直線遞增,管片內鋼筋出現(xiàn)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
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(tǒng)”達到了預期的設計目標。系統(tǒng)實現(xiàn)了高精度的數(shù)據(jù)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(yè)出版社,2012.
【3】王璨.基于Visual C++數(shù)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(jiān)測與自動化控制研究,(電子信箱)712802999@qq.com。
2015-11-20