后超，韋永斌

(中國(guó)建筑股份有限公司技術(shù)中心，北京 101300)

預(yù)制混凝土管片力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

后超，韋永斌

(中國(guó)建筑股份有限公司技術(shù)中心，北京 101300)

為研究預(yù)制混凝土管片的力學(xué)性能，設(shè)計(jì)了一套試驗(yàn)裝置系統(tǒng)。該系統(tǒng)適應(yīng)多種試件尺寸，最大可加壓500kN。通過高達(dá)100次/s的速率對(duì)壓力與變形數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，從而實(shí)現(xiàn)了以軟件濾波大幅度提高采集精度。

預(yù)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(guó)地鐵及隧道建設(shè)的不斷擴(kuò)大，施工技術(shù)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(jìn)機(jī)法、明挖法、蓋挖法、盾構(gòu)法等。其中，盾構(gòu)法具有安全、快速、經(jīng)濟(jì)、施工勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)，從而被廣泛使用。盾構(gòu)法施工中，一般將預(yù)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(duì)混凝土襯砌管片的制作要求、實(shí)驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等發(fā)布了《預(yù)制混凝土襯砌管片》（GB/T22082—2008）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1主要目標(biāo)及方法

該系統(tǒng)用于管片的抗彎性能實(shí)驗(yàn)，參照（GB/T22082—2008）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)固定試件緩慢持續(xù)加壓直到試件破壞，以測(cè)定破壞荷載值，并在各荷載段對(duì)試件裂縫測(cè)定[1]。該系統(tǒng)可在加壓期間實(shí)時(shí)采集壓力及變形的精確數(shù)據(jù)，以便后期對(duì)試件力學(xué)性能進(jìn)行分析。

2.2系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)如上所述，總體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

實(shí)驗(yàn)裝置通過計(jì)算機(jī)控制油壓泵推動(dòng)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(gè)點(diǎn)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(dá)到100kHz，足以對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件濾波，以消除周圍環(huán)境及傳感器電路對(duì)采集結(jié)果的干擾，大大提高采集精度。

圖2　實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)造圖

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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(shè)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(gòu)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(shí)時(shí)曲線化，以便在實(shí)驗(yàn)中實(shí)時(shí)觀察各項(xiàng)數(shù)據(jù)的變化。也可導(dǎo)入歷史數(shù)據(jù)，用鼠標(biāo)對(duì)某一段曲線進(jìn)行拖放來觀察細(xì)節(jié)。

由于該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用的都是高精度的傳感器和采集模塊，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)和周邊的機(jī)械設(shè)備會(huì)對(duì)采集系統(tǒng)有較大的干擾。如圖4所示，通過軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)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(dǎo)出。

圖4　曲線濾波前后對(duì)比

4　系統(tǒng)應(yīng)用

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用于深圳地鐵9號(hào)線項(xiàng)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(qiáng)度等級(jí)CF60。液壓千斤頂施壓加載速度60kN/min，管片設(shè)計(jì)荷載為500kN,在300kN、320kN、340kN、360kN、420kN、500kN各維持5min檢查裂縫,實(shí)驗(yàn)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(dāng)持續(xù)加壓到860kN時(shí)，位移曲線變化斜率發(fā)生突變，呈直線遞增，管片內(nèi)鋼筋出現(xiàn)屈服，裂縫貫通。壓力加載到1120kN時(shí),試件崩壞。

表1　加載壓力與位移對(duì)照表

圖5　壓力及變形曲線

5　結(jié)語

通過在實(shí)際工程中的使用表明，該“預(yù)制混凝土管片力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)”達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高精度的數(shù)據(jù)采集，使實(shí)驗(yàn)人員對(duì)試件性能做出比以往更準(zhǔn)確的判斷。

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

【2】李江全.Visual Basic.NET串口通信及測(cè)控應(yīng)用典型實(shí)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(shè)計(jì)[J].應(yīng)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(cè)與自動(dòng)化控制研究，（電子信箱）712802999@qq.com。

2015-11-20