预制混凝土管片力学试验系统的设计及应用

后超，韦永斌

(中国建筑股份有限公司技术中心，北京 101300)

预制混凝土管片力学试验系统的设计及应用

后超，韦永斌

(中国建筑股份有限公司技术中心，北京 101300)

为研究预制混凝土管片的力学性能，设计了一套试验装置系统。该系统适应多种试件尺寸，最大可加压500kN。通过高达100次/s的速率对压力与变形数据进行采集，从而实现了以软件滤波大幅度提高采集精度。

预制混凝土管片；高速采集；滤波

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

1　引言

随着我国地铁及隧道建设的不断扩大，施工技术也得到了飞跃的发展。目前，常用的隧道施工方法有：矿山法、掘进机法、明挖法、盖挖法、盾构法等。其中，盾构法具有安全、快速、经济、施工劳动强度低等特点，从而被广泛使用。盾构法施工中，一般将预制管片拼装成圆形衬砌来加固隧道边墙。其中，最常用的管片形式为混凝土衬砌管片。2008年针对混凝土衬砌管片的制作要求、实验方法、检验规则等发布了《预制混凝土衬砌管片》（GB/T22082—2008）国家标准。

2　实验设计

2.1主要目标及方法

该系统用于管片的抗弯性能实验，参照（GB/T22082—2008）标准对固定试件缓慢持续加压直到试件破坏，以测定破坏荷载值，并在各荷载段对试件裂缝测定[1]。该系统可在加压期间实时采集压力及变形的精确数据，以便后期对试件力学性能进行分析。

2.2系统总体架构

系统如上所述，总体结构如图1、图2所示。

图1　系统结构图

实验装置通过计算机控制油压泵推动千斤顶向管片试件加压。千斤顶与分配梁之间固定有量程200kN、0～10V电压输出、输出灵敏度为2.000mV/V的压力传感器。如图2所示管片D1～D7,7个点分别固定有量程150mm、0～10V电压输出、线性度<0.1%的位移传感器。采集系统核心硬件为16位、0～10V双端模拟量输入、16通道高速采集模块。采集速率最高可达到100kHz，足以对采集数据进行软件滤波，以消除周围环境及传感器电路对采集结果的干扰，大大提高采集精度。

图2　实验装置构造图

3　系统软件设计

此软件基于.NET框架开发[2]，如图3所示，软件由菜单区、参数设置区、原始数据曲线显示区、滤波后数据曲线显示区、通道端口选择区构成。

图3　软件界面

软件可将压力数据和位移数据实时曲线化，以便在实验中实时观察各项数据的变化。也可导入历史数据，用鼠标对某一段曲线进行拖放来观察细节。

由于该实验系统采用的都是高精度的传感器和采集模块，实验现场和周边的机械设备会对采集系统有较大的干扰。如图4所示，通过软件对原始数据进行二阶低通滤波去除高频噪声后，得到非常平滑曲线，使数据变得更容易分析[3]。并支持有选择性的数据导出。

图4　曲线滤波前后对比

4　系统应用

该实验系统应用于深圳地铁9号线项目。隧道外径6m，管片厚度300mm，环宽1.2m。管片钢纤维掺量25kg/m3，钢筋钢纤维混凝土强度等级CF60。液压千斤顶施压加载速度60kN/min，管片设计荷载为500kN,在300kN、320kN、340kN、360kN、420kN、500kN各维持5min检查裂缝,实验数据见表1。然后持续加压直至管片破坏。试件在500kN持压阶段出现2～3条宽度小于0.2mm的裂缝。如图5所示，当持续加压到860kN时，位移曲线变化斜率发生突变，呈直线递增，管片内钢筋出现屈服，裂缝贯通。压力加载到1120kN时,试件崩坏。

表1　加载压力与位移对照表

图5　压力及变形曲线

5　结语

通过在实际工程中的使用表明，该“预制混凝土管片力学试验系统”达到了预期的设计目标。系统实现了高精度的数据采集，使实验人员对试件性能做出比以往更准确的判断。

【1】闫志国.地铁隧道钢纤维混凝土管片力学性能研究[J].岩石力学与工程学报，2006,25(1)：2888-2893.

【2】李江全.Visual Basic.NET串口通信及测控应用典型实例[M].北京：电子工业出版社,2012.

【3】王璨.基于Visual C++数字低通滤波器软件的研究与设计[J].应用科技，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，河南洛阳人，助理工程师，从事施工监测与自动化控制研究，（电子信箱）712802999@qq.com。

2015-11-20