隧道及地下結構三維模型試驗系統

隧道及地下結構三維模型試驗系統

隧道及地下結構三維模型試驗系統

自平衡水平加載系統      

反力架                     

鋼筋混凝土梁正截面受彎試驗    

懸臂梁試驗加載反力系統   

自反力組合式加載框架      

結構加載試驗系統         

C型反力架               

自反力架                               

電液伺服多通道協調加載           

壓剪加載反力架      

豎向加載系統      

擬靜力加載試驗系統   

結構力學組合實驗平臺  

水平加載反力架            

多功能結構力學試驗系統

結構工程梁柱教學實驗系統

結構工程疲勞試驗系統

1000噸臥式拉力機

高強螺栓扭轉試驗機

二、招標項目技術需求

1.基本要求

1.1．三維模型試驗系統設計與制造必須運行安全、設計先進、結構合理、操作簡單、維修方便，其總體技術水平達到當今國內同類產品的先進水平。

1.2.豎向加載條件下模型所受均布力1.0MPa。

1.3.三維模型所受豎向和側向均布力為1.0MPa時,可進行隧道工程及其開挖模擬試驗。

1.4.本期招標大模型箱不包括側向加載，但模型箱體需按真三軸試驗方案實施。箱體滿足強度和承壓防水密封要求，并要求后期可進行側向加載。

1.5.本期招標中型模型箱包括豎向加載及兩面側向加載，模型箱體需按真三軸試驗方案實施，箱體滿足強度和承壓防水密封要求。

1.6.本期招標小型模型箱包括豎向加載及兩面側向加載，模型箱體需按真三軸試驗方案實施，箱體滿足強度和承壓防水密封要求。

1.7.可進行地下水位升降條件下隧道開挖工程模擬試驗。

1.8.采用液壓伺服作動器加載，要求加載時既可用力控制，又可用位移控制。

1.9.安全監控系統：對實驗加載全部設備運行安全監控、防火防盜安全監控。

2、產品質量執行標準

2.1.三維模型的鋼結構、機械系統要符合或不低于現行有關規范和標準。

2.2.三維模型要有足夠的強度、剛度、穩定性，震動、噪聲、環保均符合現行有關標準的要求，消防和安全均符合ISO標準或國家標準。

2.3三維模型的設計圖紙和技術文件的制圖方法、尺寸、公差配合、符號等都應采用公制體系，并符合ISO現行有關標準或中國現行有關國家標準的規定。

2.4.賣方應對三維模型設備的安全性負責，不管賣方是否注意到整體和局部的安全性問題，都不排除賣方的責任。

2.5.按中華人民共和國國家相應的全國性行業標準進行設計制造。適用標準包括但不僅限于以下清單所列標準：

GB 50755-2012  鋼結構工程施工規范

GB 50205-2001  鋼結構工程施工質量驗收規范

GB/T 985.1-2008  氣焊、焊條電弧焊、氣體保護焊和高能束焊的推薦坡口

GB/T 985.2-2008  埋弧焊的推薦坡口

GB/T 6995.1～6995.5-2008  電線電纜識別標志

GB/T 8923.1-2011  涂覆涂料前鋼材表面處理

GB/T 9286-1998  色漆和清漆漆膜的劃格試驗

GB/T 12467.1～12467.5-2009  金屬材料熔焊質量要求

GB/T 25295-2010  電氣設備安全設計導則

GB/T 25775-2010  焊接材料供貨技術條件 產品類型、尺寸、公差和標志

GB/T 8560-2003  液壓快換接頭尺寸和要求

GB/T 8561-2003  液壓快換接頭尺寸試驗方法

GB/T 9065.3-1988  液壓軟管接頭連接尺寸、焊接式或快換式

JBJ23-1996  機械設備安裝工程與驗收通用規范

適用標準包括但不僅限于以上清單所列標準。

3.三維模型試驗系統加載方案

3.1.豎向加載

（1）.采用液壓伺服作動器位移控制或力控制加載，液壓伺服作動器大行程豎向500mm，大出力為6000KN；

（2）.液壓伺服作動器通過加載板與模型頂面接觸，上部固定于加載梁上，通過螺栓組與反力墻頂部連接；

（3）.大模型豎向大總加載力為72000KN；

（4）.中型模型豎向大總加載力為36000KN；

（5）.小模型豎向大總加載力為18000KN。

3.2.分級加載

根據大擬加載壓力確定

（1）.加載采用伺服加載系統，加載方式需均布載荷，保證載荷的均勻性；

（2）.反力系統每個方向各液壓伺服作動器需做到同步加載，可實現大、中、小模型加載。

3.3.側向加載

（1）.液壓伺服作動器可用位移控制或力控制加載；

（2）.兩長側向總加載力各為72000KN；

（3）.兩短側向總加載力各為54000KN；

（4）.液壓伺服作動器后部用螺栓連接安裝在反力墻上，前部與支護模板裝置連接，側向加載力由液壓伺服作動器通過支護裝置加于模型側面，支護模板裝置在模型四周形成箱體。

3.4.本期招標大模型可實現隧道軸向一側加載，另一側要求用剛性支撐替代液壓伺服作動器，隧道開挖側不加載；中、小實驗模型隧道開挖側不加載，另外兩面側向加載；大、中、小試驗模型箱需滿足承壓防水密封要求；大、中、小試驗模型均可進行隧道工程開挖模擬實驗。

★3.5.大、中、小加載模型箱在加載過程中不得發生干涉。

4.三維模型總體要求及本次招標設備的具體要求

4.1 整個三維模型試驗系統的總體要求

4.1.1按照相似原理，針對常見的兩車道公路隧道可實現大為1:5的三維模型試驗和1:3的平面應變模型試驗；

4.1.2整個系統包含反力墻部分、液壓加載及伺服控制部分、反力架及模板部分等，內部大模型箱試驗尺寸為：10m×7.5m×7.5m；大加載等級為：1Mpa；變形剛度要求：H/3000（H：為試驗箱跨度）；且具備防滲要求。

4.1.3本次招標涉及的項目設備，為整個完整試驗系統的一部分。

本次招標范圍內的項目，具體要求如下：

4.2.試驗三維模型尺寸

（1）.大型：長×寬×高=10m×7.5m×7.5m；

（2）.中型：長×寬×高=5m×7.5m×7.5m；

（3）.小型：長×寬×高=2.5m×7.5m×7.5m。

4.3.試驗模型尺寸以2.5m模數可任意組合，單元之間在1.0MPa均布壓力下滿足防水密封要求，模型所受大豎向均布荷載不小于1.0MPa。

4.4.作動器

（1）.豎向大行程不小于500mm；

（2）.側向大行程不小于200mm。

4.5.加載速率

（1）.大加載速率不小于20mm/min；

（2）.小加載速率不大于0.1mm/min；

（3）.在大荷載下保壓時間不少于3個月。

4.6.控制方式

（1）.力控制：力控制精度0.5% F.S；

（2）.位移控制：誤差不大于0.005mm；

（3）.要求有相應預警保護系統。

4.7.視頻監控

（1）.根據實驗要求和設備布置需要合理分布監控攝像頭；

（2）.監控攝像頭分辨像素不小于2048*1536；

（3）.監控資料存儲時間3個月以上。

5、三維模型試驗系統組成

5.1、由七大部分構成：

5.1.1、結構部分

（1）、加載模型箱組件；

（2）、豎向加載反力裝置；

（3）、門洞加載反力裝置；

（4）、剛性支撐。

5.1.2、液壓系統

（1）液壓油源；

（2）、蓄能器；

（3）、液壓油路系統集成；

（4）、伺服作動器；

（5）、液壓油源冷卻系統；

5.1.3、控制系統

（1）、數字化測試控制器；

（2）、測試服務器；

（3）、多通道測試軟件；

（4）、伺服閥；

5.1.4、試驗數據采集系統；

5.1.5、安全監控視頻系統；

5.1.6、地下水升降系統；

5.1.7、掘進機系統。

注：該系統可以滿足真三軸模擬實驗、隧道模擬開挖實驗、地下水位升降條件下地下工程、巖土工程的模擬實驗等；并可根據今后實驗要求對試驗系統進行擴展。

5.2.本期招標范圍：

5.2.1.結構部分

（1）、加載模型箱組件；

（2）、豎向加載反力裝置；

（3）、門洞過渡加載反力裝置；

（4）、剛性支撐。

（5）、配套安裝螺栓（含自制非標螺桿）

5.2.2.液壓系統部分；

（1）、液壓油路系統集成及控制線路；

（2）、液壓伺服作動器。

5.2.3.安全監控系統一套。

5.2.4. 地下水位升降系統

5.2.5.附件

（1）.設備安裝工具；

（2）.模型實驗輔助設備一套。

★本期招標可實現的目標：

（1）.大型試驗模型10米*7.5米*7.5米一套；

（2）.中型試驗模型5米*7.5米*7.5米一套；

（3）.小型試驗模型2.5米*7.5米*7.5米一套；

（4）.大型模型頂部采用液壓伺服作動器垂向加載，四周邊采用剛性支撐；

（5）.中、小實驗模型頂部采用液壓伺服作動器垂向加載；

（6）.隧道開挖側不加載，另外兩面側向加載；

（7）.大、中、小試驗模型所受大均布荷載不小于1.0MPa，液壓伺服作動器豎向大行程不小于500mm。液壓伺服作動器側向大行程不小于200mm；

（8）.大、中、小試驗模型均可進行隧道工程開挖模擬實驗；試驗模型尺寸以2.5m模數可任意組合，單元之間在1.0MPa均布壓力下滿足防水密封要求；

（9）.模型試體內部地下水位升降狀況下的模擬試驗。

5.2.5本期中標人負責液壓油路系統集成及控制線、數據采集線的布設，安全監控系統的安裝；加載模型箱及加載設備的安裝；設備與控制系統、液壓油源系統匹配對接；試驗系統的聯合調試，直至試驗系統（Ⅰ期）調試達到招標文件驗收指標為止；設備驗收合格并正常運行后交付采購人使用。

5.3.技術參數與配置：

5.3.1.豎向加載設備

★（1）.采用行程500mm的液壓伺服作動器（12套）；

（2）.有效出力：6000KN；

（3）.啟動摩擦力小于0.05Mpa；

（4）.有效出力不低于98%；

（5）.出力曲線斜率不低于：44°30´；

（6）.滿載時內外無泄漏，任何位置使用性能一致；

（7）.28MPa供油，帶力傳感器、位移傳感器；

（8）.液壓伺服作動器長度尺寸小于1400mm,表面做防銹處理，標識、銘牌齊全。

5.3.2.側向加載設備

★（1）.采用行程200mm（12套）液壓伺服作動器；

（2）.有效出力：6000KN；

（3）.啟動摩擦力小于0.05Mpa；

（4）.有效出力不低于98%；

（5）.處理曲線斜率不低于：44°30´；

（6）.滿載時內外無泄漏，任何位置使用性能一致；

（7）.28MPa供油，帶力傳感器、位移傳感器；

（8）.液壓伺服作動器長度尺寸小于1260mm,表面做防銹處理，標識、銘牌齊全。

5.3.3.力傳感器

（1）.量程：10～650T；

（2）.精度：0.5%F.S；

（3）.安全過載能力150%。

5.3.4.位移傳感器

（1）.有效量程范圍0～800mm；

（2）.供電電壓：+24VDC±10%；

（3）.輸出形式：0～5VDC、0～10VDC、-5～5VDC、-10～10VDC、4～20mA；

（4）.非線性誤差＜±0.05%F.S；

（5）.重復性誤差＜±0.002%F.S；

（6）.遲滯＜±0.002%F.S，分辨率采用16bitD/A轉換；

（7）.溫度影響＜±0.002%F.S/℃；

（8）.電流信號輸出大負載電阻600Ω；

（9）.大負載電流2mA；零點可調范圍100%F.S；滿度可調范圍100%F.S。

5.3.5. 70路油路分配及軟管系統

（1）.12、15路分油器；

（2）.電磁換向閥；

（3）.過濾器:過濾精度不大于5um；

（4）.高低壓主管路承壓： 31.5MPa；

（5）.高壓軟管承壓：31.5MPa；

（6）.油管接頭全部采用快裝接頭。

5.3.6.70路油路控制及數據采集集成

（1）.控制線路中間接轉箱、快速接頭；

（2）.控制線為多芯屏蔽雙絞線；

5.3.7.模型箱頂部加載模板上需有出線孔，以方便數據線引出。

5.3.8. 豎向加載反力裝置

★（1）.跨度12.9m，荷載18000KN；外形尺寸不大于：12.9m*1.04m*2.4m；兩端通過螺栓與反力墻頂部連接，要求對模型施加1MPa壓力時加載梁變形不超過5mm；

（2）. 豎向加載反力裝置材質采用Q345B，焊接的焊縫質量應滿足鋼結構二級焊縫以上質量要求，梁兩端安裝孔空間尺寸偏差應符合圖紙設計要求；

（3）.液壓伺服作動器安裝孔尺寸偏差±0.3mm，對角線尺寸偏差不大于0.5mm，安裝孔的位置偏差不大于0.5mm, 豎向加載反力裝置與液壓伺服作動器接觸面要求平直，平面度偏差小于1.5mm，表面做防銹處理，制造商標識等。

5.3.9.反力墻兩門洞處過渡加載反力裝置

★（1）.過渡加載反力裝置跨度6.3m，外形尺寸不大于6.3m*1.8m*0.65m，荷載18000KN；門洞過渡加載反力梁設計時要滿足隧道開挖模擬實驗盾構設備的通過空間；

（2）. 過渡加載反力裝置受力1.0MPa時加載梁變形不超過5mm；材質采用Q345B，焊接的焊縫質量應滿足鋼結構二級焊縫以上質量要求，梁兩端安裝孔空間尺寸偏差應符合圖紙設計要求；

（3）.液壓伺服作動器安裝孔尺寸偏差±0.3mm，對角線尺寸偏差不大于0.5mm，安裝孔的位置偏差不大于0.5mm, 梁與液壓伺服作動器相接觸面要求平直，平面度偏差小于1.5mm，表面做防銹處理，制造商標識等。

5.3.10.模型周圍加載板

（1）.加載板在滿載條件下變形不超過2mm；所有加載模板材質采用Q345B，機械加工表面粗糙度達到3.2，構件長度尺寸偏差-0.3mm，對角線尺寸偏差不大于0.5mm。與模型試驗土體接觸的大平面要求平直，平面度偏差小于1.5mm，表面做防銹處理；

★（2）.開挖位置的加載模板需預留開挖孔，且滿足開挖需求；

（3）.開挖模型加載板在保證強度的前提下要預留兩種開挖孔：

a、開挖圓孔直徑1.5米，

b、開挖隧道截面水平尺寸1.5米。

5.3.11.配套螺栓

（1）.強度等級不小于10.9級；

（2）.自制連接螺栓材質采用40Cr，熱處理調質處理HB250-280；

（3）.防銹處理。

5.3.12.配套構件

（1）.應滿足加載時荷載要求；

（2）.構件表面應做防銹處理。

5.3.13.實驗輔助設備

   應滿足實驗過程的需求。

5.3.14.視頻監控系統

（1）.監控主機、攝像頭、顯示器、網絡交換機、六類網線、電源線、穿線管、安裝輔料等；

（2）.根據實驗要求和設備布置需要合理分布監控攝像頭，不少于30個點位，監控攝像頭分辨像素不小于2048*1536，水平清晰度不小于300萬，監控資料存儲時間3個月以上。 

5.3.15. 地下水位升降系統

     (1）.水箱容積：3立方；    

    (2）.水箱可自動補水，水箱底部低點設置壓力傳感器，利用傳感器信號上傳監測水位高度，水箱內設置浮球閥控制水箱的水位，實現即用即補，防止水位落差過大。

   （3）.利用水箱升降高度調整模型試驗所需水位高度，水箱升降高度0-20米可調；

   （4）.模型箱水位高度可遠程控制；

   （5）.起重升降設備具備荷載5噸重量時在任意高度位置都具備自鎖功能， 升降速度小于8米/min;

   （6）.承重鋼結構的荷載不小于8噸；

   （7）.系統需設置上下止點限位開關及升降系統緩停裝置；

    (8）.水箱來水總管路設置遠傳水表、遠傳流量計。