隧道模型实验设计书.doc

08届隧道实习模型静载试验方案编 制：复 核：审 核：二一一年六月 隧道模型实验设计书一.实验目的 本实验采用缩尺结构进行试验，主要目的帮助学生了解隧道施工的各个过程，衬砌的设计，配筋的计算及绘图，模板的计算，材料的购买，增强了学生的实践和动手能力。这次试验采用相似比为1比5，主要模拟隧道的抗弯强度，根据原隧道设计，计算设计隧道能承受的最大弯矩，根据相似理论，模型隧道最大弯矩设计值为原隧道的1/25。根据等效就可以求出模型隧道的配筋，算出钢筋和混凝土的用量。 使用模型模拟的好处，可以简化了加载设备及有关装置等，同时节省了被试结构在制造，准备和试验后的清除等方面的费用。模型在施工过程中，为了方便施工，开始阶段隧道模型是呈圆柱式建造，加载过程中，使模型与现实隧道一样直立起来加载。 对模型进行破坏性实验，并量测逐级加载过程中衬砌各相应部位的应力变化规律，以及破坏时实际破坏荷载与理论值对比。20二.隧道衬砌模型尺寸及材料用量1. 衬砌模型尺寸图 1. 纵深1000mm，图中以mm为单位。2. 建造模型时，将模型直立着建造。（相单于椭圆柱一样建造）2. 材料用量C25混凝土用量拱圈 0.76立方米仰拱 0.35立方米补平仰拱 0.30立方米合计 1.41立方米模板用量外周面积 9.46*1 平方米内周面积 8.62*1 平方米 合计 18.08 平方米三.隧道模型配筋图及钢筋用量1.衬砌模型配筋图 1.以上单位以mm计。四各环节注意事项（1）建模板在模板之间的连接缝处，会是对混凝土施工养护产生一定的影响。因此，在模板装配好之后，在模板接缝处内外两层都涂上防水涂料。（2）振捣混凝土振捣掌握以下要领：垂直插入、快插、慢拔、三不靠等。1、插入时要快，拔出时要慢，以免在混凝土中留下空隙。2、每次插入振捣的时间为2030秒左右，并以混凝土不再显著下沉，不出现气泡，开始泛浆时为准。3、振捣时间不宜过久，太久会出现砂与水泥浆分离，石子下沉，并在混凝土表面形成砂层，影响混凝土质量。4、振捣时振捣器应插入下层混凝土10cm，以加强上下层混凝土的结合。5、振捣插入前后间距一般为3050cm，防止漏振。6、三不靠：一指振捣时不要碰到模板、二是钢筋和预埋件，在模板附近振捣时，应同时用木锤轻击模板，在钢筋密集处和模板边角处，应配合使用铁钎捣实。 （3）自然养护覆盖浇水养护是在混凝土表面覆盖吸湿材料，采取人工浇水或蓄水措施，使混凝土表面保持潮湿状态的一种养护方法。所用的覆盖材料应具有较强的吸水保湿能力，常用的有麻袋、帆布、草帘、芒席、锯末等。开始覆盖和浇水的时间一般在混凝土浇筑完毕后312h内（根据外界气候条件的具体情况而定）即应进行。浇水养护日期的长短工要决定于水泥的品种和用量。在正常水泥用量情况下，采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7昼夜；掺用缓凝型外加剂或有抗渗性要求的混凝土，不得少于14昼夜。每日浇水次数视具体情况而定，以能保持混凝土经常处于足够的润湿状态即可。但当日平均气温低于5时，不得浇水。五模型抵抗最大弯矩以及等效最大集中荷载1.模型最大抵抗弯矩的计算 隧道模型中，主筋受拉面积与受压面积相等。=0暂不考虑安全系数，M=15.9KN*M 由图，等效出集中荷载P，P M=P*L/4P=18.5KN六.实验（一）、试验设备、仪器及要求试验时需具有试验台座、加力架、千斤顶、油泵、标准油压表等加力设备和计量仪器，其工作能力控制在1.52.5倍最大试验荷载之间。1.1 试验台座应能保证试验模型跨度、加载状态符合试验加载计算图式要求，且有足够的刚度和稳定性.实验台为存梁区4-5#静载试验台座，经检算符合要求。1.2 加载用千斤顶校验系数应不大于1.05。 1.3 压力表应采用防振型，其精度等级不得低于0.4级，最小刻度值应不大于0.2MPa，表盘量程应在工作最大油压的1.252.0倍之间。压力表为防震型，精度等级为0.25级别，最小刻度值0.2MPa，表盘直径150mm量程60 MPa。1.4 挠度测量采用位移计或大量程百分表，位移计精度应不低于1.0级，其显示仪表最小分度值不宜大于所测总挠度值的1.0%，百分表的最小分度值不大于0.05mm。现场挠度测量采用50mm和30mm百分表，百分表的最小分度值为0.01mm。1.5用于观察裂缝的普通放大镜放大倍数不低于5倍、直径不小于50mm；量测裂缝宽度应使用刻度放大镜，其放大倍数应不低于10倍，最小分度值不大于0.02mm。普通放大镜放大倍数10倍、直径不小于50mm；量测裂缝宽度使用刻度放大镜和裂缝宽度测定仪，其中刻度放大镜放大倍数为8倍，最小分度值不大于0.05mm。裂缝宽度测定仪，其中刻度放大镜放大倍数为8倍，最小分度值不大于0.02mm。1.6 加力架的加载间距、千斤顶、油泵、压力表使用数量根据由计算确（二）.隧道静载试验时间及千斤顶、主油表的校正 2.1 试验前必须将千斤顶和油表匹配，并在不低于三级的试验机上进行。其校正方法是：将试验机油门封闭，然后向千斤顶充油，用千斤顶顶压力机的方式分级加载进行校正，重复三次，取匹配油压表上的读数平均值，按规定格式记录，并计算出千斤顶的校验回归方程。线性回归系数不小于0.999,并根据加载等级计算各级荷载下的表示值,各级荷载下应以压力表的表盘整读数（MPa）对应压力机的表盘读数（kN）。2.2 千斤顶与油表匹配后的最大测读误差不得超过最大控制荷载的0.5%。千斤顶的校正系数不得大于1.05。（三）、试验前的准备工作 3.1试验模型移入台座对中后，在模型拱顶标出中心线作为模型体加载中心线，并根据加载点的布置要求标出加载点位置，安装加力架。3.2每一个加载点下垫用500*500*10mm钢板，用水平尺量靠水平后，再安放千斤顶。3.3千斤顶中心与模型顶加载中心线纵横向位置偏差均不大于10mm,各千斤顶中心与加力架横梁中心纵横向偏差均不大于10mm。 3.6 试验模型加载前将模型表面清理干净，必要时以清水洗净。然后采用10倍放大镜对模型观察，对初始裂缝（表面收缩裂纹和表面损伤裂缝）及局部缺陷用蓝色铅笔详细描出。此时如发现模型已存在裂纹，确认为允许裂纹且在允许宽度以内，并以红色铅笔标出，以便区别。 3.7 在拱脚、拱顶设置挠度观测点。先用5050mm玻璃用502胶水粘贴在观测点，用磁性表座将百分表固定在专用支架上，保证百分表测杆与观测点垂直接触。（四）、应变片贴片1、试件准备检查应变片的外观，提出哪些敏感栅有形状缺陷，片内夹有气泡、锈点等应变片。2应变片具体如图所示，布置应变片的位置里面相对应的钢筋也布置应变片。3接线在应变片引出线下方的试件上粘贴胶带纸是引线与试件绝缘。4检查、防护（1）胶层固化后，用万用表测量，应变片组织应无明显变化。（2）用兆欧表检查个应变片（一根引线）与试件之间的绝缘电阻。（五）.加载图示 P 。5.1在隧道纵深方向轴线各1/3处，加同时加等量荷载。（六）、加载程序 4.1逐级加载：俩处初始荷载为0.1P/2，每级加载1KN，且持续观察10分钟。 4.2 加荷和卸载均不宜过快。加载速度应不超过。 4.3 在规定持荷时间内，加载人员应密切注意油压变化，并随时予以调整。 4.4 千斤顶加载时，只允许由低向高加压达到加载值。不允许以油压超过某规定加载值后再减少油压办法达到规定加载值进行试验，因油压千斤顶有反向摩阻，会产生虚假加载值。 4.5 加载过程中，若发生油顶漏油，迫使停止加载或需要更换设备，均须按上述卸载程序分级卸载到零，然后进行处理。再按上述加载程序要求，重新进行试验。 4.6加载或卸载时，千斤顶保持同步。 4.7 试验中应详细作好各项资料记录。对试验中出现的异常情况，更要仔细记录，以便分析处理。（七）. 数据记录注意事项（1）准备好表格式的记录纸（2）直接记录读数，切忌在头脑中缩减数据。（3）为了整理结果，应留有相邻栏。（4）当破坏临近时，应取较小的荷载增量并相应读数（5）卸载后记录最后读数。 三模型抵抗最大弯矩以及中间最大集中荷载M=15.9KN*mP=18.5KN四实验1.实验目的：对模型进行破坏性实验，并量测逐级加载过程中衬砌各相应部位的应力变化规律，以及破坏时实际破坏荷载与理论值对比。2.应变片布置如图所示。（布置应变片的位置里面相对应的钢筋也布置应变片） P 四各环节注意事项（1）建模板在模板之间的连接缝处，会是对混凝土施工养护产生一定的影响。因此，在模板装配好之后，在模板接缝处内外两层都涂上防水涂料。（2）振捣混凝土振捣掌握以下要领：垂直插入、快插、慢拔、三不靠等。1、插入时要快，拔出时要慢，以免在混凝土中留下空隙。2、每次插入振捣的时间为2030秒左右，并以混凝土不再显著下沉，不出现气泡，开始泛浆时为准。3、振捣时间不宜过久，太久会出现砂与水泥浆分离，石子下沉，并在混凝土表面形成砂层，影响混凝土质量。4、振捣时振捣器应插入下层混凝土10cm，以加强上下层混凝土的结合。5、振捣插入前后间距一般为3050cm，防止漏振。6、三不靠：一指振捣时不要碰到模板、二是钢筋和预埋件，在模板附近振捣时，应同时用木锤轻击模板，在钢筋密集处和模板边角处，应配合使用铁钎捣实。 （3）自然养护覆盖浇水养护覆盖浇水养护是在混凝土表面覆盖吸湿材料，采取人工浇水或蓄水措施，使混凝土表面保持潮湿状态的一种养护方法。所用的覆盖材料应具有较强的吸水保湿能力，常用的有麻袋、帆布、草帘、芒席、锯末等。开始覆盖和浇水的时间一般在混凝土浇筑完毕后312h内（根据外界气候条件的具体情况而定）即应进行。浇水养护日期的长短工要决定于水泥的品种和用量。在正常水泥用量情况下，采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7昼夜；掺用缓凝型外加剂或有抗渗性要求的混凝土，不得少于14昼夜。每日浇水次数视具体情况而定，以能保持混凝土经常处于足够的润湿状态即可。但当日平均气温低于5时，不得浇水。一、试验设备、仪器及要求试验时需具有试验台座、加力架、千斤顶、油泵、标准油压表等加力设备和计量仪器，其工作能力控制在1.52.5倍最大试验荷载之间。1.1 试验台座应能保证试验梁跨度、支承方式、加载状态符合试验加载计算图式要求，且有足够的刚度和稳定性.实验台为存梁区4-5#静载试验台座，经检算符合要求。1.2 加载用千斤顶校验系数应不大于1.05。 1.3 压力表应采用防振型，其精度等级不得低于0.4级，最小刻度值应不大于0.2MPa，表盘量程应在工作最大油压的1.252.0倍之间。压力表为防震型，精度等级为0.25级别，最小刻度值0.2MPa，表盘直径150mm量程60 MPa。1.4 挠度测量采用位移计或大量程百分表，位移计精度应不低于1.0级，其显示仪表最小分度值不宜大于所测总挠度值的1.0%，百分表的最小分度值不大于0.05mm。现场挠度测量采用50mm和30mm百分表，百分表的最小分度值为0.01mm。1.5用于观察裂缝的普通放大镜放大倍数不低于5倍、直径不小于50mm；量测裂缝宽度应使用刻度放大镜，其放大倍数应不低于10倍，最小分度值不大于0.02mm。普通放大镜放大倍数10倍、直径不小于50mm；量测裂缝宽度使用刻度放大镜和裂缝宽度测定仪，其中刻度放大镜放大倍数为8倍，最小分度值不大于0.05mm。裂缝宽度测定仪，其中刻度放大镜放大倍数为8倍，最小分度值不大于0.02mm。1.6 加力架的加载间距、千斤顶、油泵、压力表使用数量根据梁的跨度由计算确定。二、 隧道静载试验时间及千斤顶、主油表的校正 2.1 试验前必须将千斤顶和油表匹配，并在不低于三级的试验机上进行。其校正方法是：将试验机油门封闭，然后向千斤顶充油，用千斤顶顶压力机的方式分级加载进行校正，重复三次，取匹配油压表上的读数平均值，按规定格式记录，并计算出千斤顶的校验回归方程。线性回归系数不小于0.999,并根据加载等级计算各级荷载下的表示值,各级荷载下应以压力表的表盘整读数（MPa）对应压力机的表盘读数（kN）。 2.2 分级加载的吨位不得大于最大控制荷载的10%，加载速度3kN/s，标定荷载不小于加载最大值的1.1倍，且持荷10min。2.3 千斤顶与油表匹配后的最大测读误差不得超过最大控制荷载的0.5%。千斤顶的校正系数不得大于1.05。三、应变片贴片1、试件准备检查应变片的外观，提出哪些敏感栅有形状缺陷，片内夹有气泡、锈点等应变片。2贴片具体如图所示3接线在应变片引出线下方的试件上粘贴胶带纸是引线与试件绝缘。4检查、防护（1）胶层固化后，用万用表测量，应变片组织应无明显变化。（2）用兆欧表检查个应变片（一根引线）与试件之间的绝缘电阻。四、加载程序 4.1、静载试验的加载分两个循环进行。以加载系数K表示加载等级，加载系数K是加载试验中梁体跨中承受的弯矩与设计弯矩之比。试验准备工作结束后梁体承受的荷载状态为初始状态；基数级下梁体承受的弯矩指梁体质量与二期恒载质量对跨中弯矩之和。全预应力梁各循环的加载等级： 、第一加载循环 初始状态基数级(3min)0.80(3min)静活载级(3min)1.0(20min)静活载级(1min)基数级(1min)初始状态（10min）。 、第二加载循环 初始状态基数级(3min)0.80(3min)静活载级(3min)1.0(5min)1.05(5min)1.10(5min)1.15(