隧道及地下结构三维模型试验系统

隧道及地下结构三维模型试验系统

自平衡水平加载系统      

反力架                     

钢筋混凝土梁正截面受弯试验    

悬臂梁试验加载反力系统   

自反力组合式加载框架      

结构加载试验系统         

C型反力架               

自反力架                               

电液伺服多通道协调加载           

压剪加载反力架      

竖向加载系统      

拟静力加载试验系统   

结构力学组合实验平台  

水平加载反力架            

多功能结构力学试验系统

结构工程梁柱教学实验系统

结构工程疲劳试验系统

1000吨卧式拉力机

高强螺栓扭转试验机

二、招标项目技术需求

1.基本要求

1.1．三维模型试验系统设计与制造必须运行安全、设计先进、结构合理、操作简单、维修方便，其总体技术水平达到当今国内同类产品的先进水平。

1.2.竖向加载条件下模型所受均布力1.0MPa。

1.3.三维模型所受竖向和侧向均布力为1.0MPa时,可进行隧道工程及其开挖模拟试验。

1.4.本期招标大模型箱不包括侧向加载，但模型箱体需按真三轴试验方案实施。箱体满足强度和承压防水密封要求，并要求后期可进行侧向加载。

1.5.本期招标中型模型箱包括竖向加载及两面侧向加载，模型箱体需按真三轴试验方案实施，箱体满足强度和承压防水密封要求。

1.6.本期招标小型模型箱包括竖向加载及两面侧向加载，模型箱体需按真三轴试验方案实施，箱体满足强度和承压防水密封要求。

1.7.可进行地下水位升降条件下隧道开挖工程模拟试验。

1.8.采用液压伺服作动器加载，要求加载时既可用力控制，又可用位移控制。

1.9.安全监控系统：对实验加载全部设备运行安全监控、防火防盗安全监控。

2、产品质量执行标准

2.1.三维模型的钢结构、机械系统要符合或不低于现行有关规范和标准。

2.2.三维模型要有足够的强度、刚度、稳定性，震动、噪声、环保均符合现行有关标准的要求，消防和安全均符合ISO标准或国家标准。

2.3三维模型的设计图纸和技术文件的制图方法、尺寸、公差配合、符号等都应采用公制体系，并符合ISO现行有关标准或中国现行有关国家标准的规定。

2.4.卖方应对三维模型设备的安全性负责，不管卖方是否注意到整体和局部的安全性问题，都不排除卖方的责任。

2.5.按中华人民共和国国家相应的全国性行业标准进行设计制造。适用标准包括但不仅限于以下清单所列标准：

GB 50755-2012  钢结构工程施工规范

GB 50205-2001  钢结构工程施工质量验收规范

GB/T 985.1-2008  气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口

GB/T 985.2-2008  埋弧焊的推荐坡口

GB/T 6995.1～6995.5-2008  电线电缆识别标志

GB/T 8923.1-2011  涂覆涂料前钢材表面处理

GB/T 9286-1998  色漆和清漆漆膜的划格试验

GB/T 12467.1～12467.5-2009  金属材料熔焊质量要求

GB/T 25295-2010  电气设备安全设计导则

GB/T 25775-2010  焊接材料供货技术条件 产品类型、尺寸、公差和标志

GB/T 8560-2003  液压快换接头尺寸和要求

GB/T 8561-2003  液压快换接头尺寸试验方法

GB/T 9065.3-1988  液压软管接头连接尺寸、焊接式或快换式

JBJ23-1996  机械设备安装工程与验收通用规范

适用标准包括但不仅限于以上清单所列标准。

3.三维模型试验系统加载方案

3.1.竖向加载

（1）.采用液压伺服作动器位移控制或力控制加载，液压伺服作动器大行程竖向500mm，大出力为6000KN；

（2）.液压伺服作动器通过加载板与模型顶面接触，上部固定于加载梁上，通过螺栓组与反力墙顶部连接；

（3）.大模型竖向大总加载力为72000KN；

（4）.中型模型竖向大总加载力为36000KN；

（5）.小模型竖向大总加载力为18000KN。

3.2.分级加载

根据大拟加载压力确定

（1）.加载采用伺服加载系统，加载方式需均布载荷，保证载荷的均匀性；

（2）.反力系统每个方向各液压伺服作动器需做到同步加载，可实现大、中、小模型加载。

3.3.侧向加载

（1）.液压伺服作动器可用位移控制或力控制加载；

（2）.两长侧向总加载力各为72000KN；

（3）.两短侧向总加载力各为54000KN；

（4）.液压伺服作动器后部用螺栓连接安装在反力墙上，前部与支护模板装置连接，侧向加载力由液压伺服作动器通过支护装置加于模型侧面，支护模板装置在模型四周形成箱体。

3.4.本期招标大模型可实现隧道轴向一侧加载，另一侧要求用刚性支撑替代液压伺服作动器，隧道开挖侧不加载；中、小实验模型隧道开挖侧不加载，另外两面侧向加载；大、中、小试验模型箱需满足承压防水密封要求；大、中、小试验模型均可进行隧道工程开挖模拟实验。

★3.5.大、中、小加载模型箱在加载过程中不得发生干涉。

4.三维模型总体要求及本次招标设备的具体要求

4.1 整个三维模型试验系统的总体要求

4.1.1按照相似原理，针对常见的两车道公路隧道可实现大为1:5的三维模型试验和1:3的平面应变模型试验；

4.1.2整个系统包含反力墙部分、液压加载及伺服控制部分、反力架及模板部分等，内部大模型箱试验尺寸为：10m×7.5m×7.5m；大加载等级为：1Mpa；变形刚度要求：H/3000（H：为试验箱跨度）；且具备防渗要求。

4.1.3本次招标涉及的项目设备，为整个完整试验系统的一部分。

本次招标范围内的项目，具体要求如下：

4.2.试验三维模型尺寸

（1）.大型：长×宽×高=10m×7.5m×7.5m；

（2）.中型：长×宽×高=5m×7.5m×7.5m；

（3）.小型：长×宽×高=2.5m×7.5m×7.5m。

4.3.试验模型尺寸以2.5m模数可任意组合，单元之间在1.0MPa均布压力下满足防水密封要求，模型所受大竖向均布荷载不小于1.0MPa。

4.4.作动器

（1）.竖向大行程不小于500mm；

（2）.侧向大行程不小于200mm。

4.5.加载速率

（1）.大加载速率不小于20mm/min；

（2）.小加载速率不大于0.1mm/min；

（3）.在大荷载下保压时间不少于3个月。

4.6.控制方式

（1）.力控制：力控制精度0.5% F.S；

（2）.位移控制：误差不大于0.005mm；

（3）.要求有相应预警保护系统。

4.7.视频监控

（1）.根据实验要求和设备布置需要合理分布监控摄像头；

（2）.监控摄像头分辨像素不小于2048*1536；

（3）.监控资料存储时间3个月以上。

5、三维模型试验系统组成

5.1、由七大部分构成：

5.1.1、结构部分

（1）、加载模型箱组件；

（2）、竖向加载反力装置；

（3）、门洞加载反力装置；

（4）、刚性支撑。

5.1.2、液压系统

（1）液压油源；

（2）、蓄能器；

（3）、液压油路系统集成；

（4）、伺服作动器；

（5）、液压油源冷却系统；

5.1.3、控制系统

（1）、数字化测试控制器；

（2）、测试服务器；

（3）、多通道测试软件；

（4）、伺服阀；

5.1.4、试验数据采集系统；

5.1.5、安全监控视频系统；

5.1.6、地下水升降系统；

5.1.7、掘进机系统。

注：该系统可以满足真三轴模拟实验、隧道模拟开挖实验、地下水位升降条件下地下工程、岩土工程的模拟实验等；并可根据今后实验要求对试验系统进行扩展。

5.2.本期招标范围：

5.2.1.结构部分

（1）、加载模型箱组件；

（2）、竖向加载反力装置；

（3）、门洞过渡加载反力装置；

（4）、刚性支撑。

（5）、配套安装螺栓（含自制非标螺杆）

5.2.2.液压系统部分；

（1）、液压油路系统集成及控制线路；

（2）、液压伺服作动器。

5.2.3.安全监控系统一套。

5.2.4. 地下水位升降系统

5.2.5.附件

（1）.设备安装工具；

（2）.模型实验辅助设备一套。

★本期招标可实现的目标：

（1）.大型试验模型10米*7.5米*7.5米一套；

（2）.中型试验模型5米*7.5米*7.5米一套；

（3）.小型试验模型2.5米*7.5米*7.5米一套；

（4）.大型模型顶部采用液压伺服作动器垂向加载，四周边采用刚性支撑；

（5）.中、小实验模型顶部采用液压伺服作动器垂向加载；

（6）.隧道开挖侧不加载，另外两面侧向加载；

（7）.大、中、小试验模型所受大均布荷载不小于1.0MPa，液压伺服作动器竖向大行程不小于500mm。液压伺服作动器侧向大行程不小于200mm；

（8）.大、中、小试验模型均可进行隧道工程开挖模拟实验；试验模型尺寸以2.5m模数可任意组合，单元之间在1.0MPa均布压力下满足防水密封要求；

（9）.模型试体内部地下水位升降状况下的模拟试验。

5.2.5本期中标人负责液压油路系统集成及控制线、数据采集线的布设，安全监控系统的安装；加载模型箱及加载设备的安装；设备与控制系统、液压油源系统匹配对接；试验系统的联合调试，直至试验系统（Ⅰ期）调试达到招标文件验收指标为止；设备验收合格并正常运行后交付采购人使用。

5.3.技术参数与配置：

5.3.1.竖向加载设备

★（1）.采用行程500mm的液压伺服作动器（12套）；

（2）.有效出力：6000KN；

（3）.启动摩擦力小于0.05Mpa；

（4）.有效出力不低于98%；

（5）.出力曲线斜率不低于：44°30´；

（6）.满载时内外无泄漏，任何位置使用性能一致；

（7）.28MPa供油，带力传感器、位移传感器；

（8）.液压伺服作动器长度尺寸小于1400mm,表面做防锈处理，标识、铭牌齐全。

5.3.2.侧向加载设备

★（1）.采用行程200mm（12套）液压伺服作动器；

（2）.有效出力：6000KN；

（3）.启动摩擦力小于0.05Mpa；

（4）.有效出力不低于98%；

（5）.处理曲线斜率不低于：44°30´；

（6）.满载时内外无泄漏，任何位置使用性能一致；

（7）.28MPa供油，带力传感器、位移传感器；

（8）.液压伺服作动器长度尺寸小于1260mm,表面做防锈处理，标识、铭牌齐全。

5.3.3.力传感器

（1）.量程：10～650T；

（2）.精度：0.5%F.S；

（3）.安全过载能力150%。

5.3.4.位移传感器

（1）.有效量程范围0～800mm；

（2）.供电电压：+24VDC±10%；

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

（4）.非线性误差＜±0.05%F.S；

（5）.重复性误差＜±0.002%F.S；

（6）.迟滞＜±0.002%F.S，分辨率采用16bitD/A转换；

（7）.温度影响＜±0.002%F.S/℃；

（8）.电流信号输出大负载电阻600Ω；

（9）.大负载电流2mA；零点可调范围100%F.S；满度可调范围100%F.S。

5.3.5. 70路油路分配及软管系统

（1）.12、15路分油器；

（2）.电磁换向阀；

（3）.过滤器:过滤精度不大于5um；

（4）.高低压主管路承压： 31.5MPa；

（5）.高压软管承压：31.5MPa；

（6）.油管接头全部采用快装接头。

5.3.6.70路油路控制及数据采集集成

（1）.控制线路中间接转箱、快速接头；

（2）.控制线为多芯屏蔽双绞线；

5.3.7.模型箱顶部加载模板上需有出线孔，以方便数据线引出。

5.3.8. 竖向加载反力装置

★（1）.跨度12.9m，荷载18000KN；外形尺寸不大于：12.9m*1.04m*2.4m；两端通过螺栓与反力墙顶部连接，要求对模型施加1MPa压力时加载梁变形不超过5mm；

（2）. 竖向加载反力装置材质采用Q345B，焊接的焊缝质量应满足钢结构二级焊缝以上质量要求，梁两端安装孔空间尺寸偏差应符合图纸设计要求；

（3）.液压伺服作动器安装孔尺寸偏差±0.3mm，对角线尺寸偏差不大于0.5mm，安装孔的位置偏差不大于0.5mm, 竖向加载反力装置与液压伺服作动器接触面要求平直，平面度偏差小于1.5mm，表面做防锈处理，制造商标识等。

5.3.9.反力墙两门洞处过渡加载反力装置

★（1）.过渡加载反力装置跨度6.3m，外形尺寸不大于6.3m*1.8m*0.65m，荷载18000KN；门洞过渡加载反力梁设计时要满足隧道开挖模拟实验盾构设备的通过空间；

（2）. 过渡加载反力装置受力1.0MPa时加载梁变形不超过5mm；材质采用Q345B，焊接的焊缝质量应满足钢结构二级焊缝以上质量要求，梁两端安装孔空间尺寸偏差应符合图纸设计要求；

（3）.液压伺服作动器安装孔尺寸偏差±0.3mm，对角线尺寸偏差不大于0.5mm，安装孔的位置偏差不大于0.5mm, 梁与液压伺服作动器相接触面要求平直，平面度偏差小于1.5mm，表面做防锈处理，制造商标识等。

5.3.10.模型周围加载板

（1）.加载板在满载条件下变形不超过2mm；所有加载模板材质采用Q345B，机械加工表面粗糙度达到3.2，构件长度尺寸偏差-0.3mm，对角线尺寸偏差不大于0.5mm。与模型试验土体接触的大平面要求平直，平面度偏差小于1.5mm，表面做防锈处理；

★（2）.开挖位置的加载模板需预留开挖孔，且满足开挖需求；

（3）.开挖模型加载板在保证强度的前提下要预留两种开挖孔：

a、开挖圆孔直径1.5米，

b、开挖隧道截面水平尺寸1.5米。

5.3.11.配套螺栓

（1）.强度等级不小于10.9级；

（2）.自制连接螺栓材质采用40Cr，热处理调质处理HB250-280；

（3）.防锈处理。

5.3.12.配套构件

（1）.应满足加载时荷载要求；

（2）.构件表面应做防锈处理。

5.3.13.实验辅助设备

   应满足实验过程的需求。

5.3.14.视频监控系统

（1）.监控主机、摄像头、显示器、网络交换机、六类网线、电源线、穿线管、安装辅料等；

（2）.根据实验要求和设备布置需要合理分布监控摄像头，不少于30个点位，监控摄像头分辨像素不小于2048*1536，水平清晰度不小于300万，监控资料存储时间3个月以上。 

5.3.15. 地下水位升降系统

     (1）.水箱容积：3立方；    

    (2）.水箱可自动补水，水箱底部低点设置压力传感器，利用传感器信号上传监测水位高度，水箱内设置浮球阀控制水箱的水位，实现即用即补，防止水位落差过大。

   （3）.利用水箱升降高度调整模型试验所需水位高度，水箱升降高度0-20米可调；

   （4）.模型箱水位高度可远程控制；

   （5）.起重升降设备具备荷载5吨重量时在任意高度位置都具备自锁功能， 升降速度小于8米/min;

   （6）.承重钢结构的荷载不小于8吨；

   （7）.系统需设置上下止点限位开关及升降系统缓停装置；

    (8）.水箱来水总管路设置远传水表、远传流量计。