CN107255036A - 自复位承压减震止水件及隧道柔性接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自复位承压减震止水件及隧道柔性接头，该自复位承压减震止水件包括：相对设置的第一止水橡胶层、第二止水橡胶层，设置于第一止水橡胶层和第二止水橡胶层之间的形状记忆合金板，以及第一增厚夹持钢板、第二增厚夹持钢板、第三增厚夹持钢板、第四增厚夹持钢板。本发明可实现荷载下变形复位、柔性消能减震和承受法向水压力密封止水三种功能，在发生地震时可减少地震对隧道主体结构的损伤，提高隧道结构的地震安全性。

Description

自复位承压减震止水件及隧道柔性接头

技术领域

本发明涉及隧道工程及地下空间工程领域，尤其是涉及一种可用于高烈度区盾构隧道、沉管隧道、综合管廊、地铁地下车站等工程结构的自复位承压减震止水件，同时涉及一种使用该自复位承压减震止水件的隧道柔性接头。

背景技术

隧道在地震作用下，通常会因为土层的变化、结构型式与材料的改变和边界条件的不同，造成部分区域有应力集中或位移放大的现象，这些区域必须通过其他的手段，来提高接头的抗震性能。在隧道抗震中，需注意的区域归类如下：隧道与建筑结构、竖井等的连结处；隧道的材料不连续处；隧道通过刚度差异性大土层不连续处；隧道中有连接通道等刚度突变处。

为了防止此类区域应力集中的现象，最常见的措施就是通过柔性接头节点来消散应力，达到变形集中的效果。这种措施主要是用来增加隧道纵向和横向的容许位移、增加容许转角、对抗静、动力和水压、提供有效的防水性。

目前传统的隧道柔性接头为两道止水橡胶和抗拉装置所组成，抗拉装置主要有钢索型和Ω钢板型两种。钢索型仅对地震产生的轴向拉力起一个限位作用，其柔性比钢板型要好，如日本千叶线台场沉管隧道，多摩川、川琦道沉管隧道等都用此。对于我国国内情况，已建的珠江、甬江沉管隧道都采用Ω型钢板作为纵向限位装置，以使柔性接头的轴向位移不超出GINA带和Ω橡胶止水带在保持水密性时的最大允许位移量，日本东京港沉管隧道中亦采用Ω型钢板纵向限位装置。

传统的隧道柔性接头存在的缺陷是：构造复杂，止水功能和抗拉功能分离，且不具备耗散地震能量的能力，地震过后会存在较大的永久变形，造成修复困难。

因此，现有技术还需要进一步发展及改进。

发明内容

本发明的一个目的是，公开一种可以与传统的隧道连接接头管片配合使用的自复位承压减震止水件，以实现荷载下变形复位、柔性消能减震和承受法向水压力密封止水三种功能；本发明的另一个目的是，同时公开一种使用前述自复位承压减震止水件的改良的隧道柔性连接接头。

本发明公开的一种自复位承压减震止水件，用于连接隧道柔性接头的隧道管片；该自复位承压减震止水件包括：相对设置的第一止水橡胶层、第二止水橡胶层，设置于第一止水橡胶层和第二止水橡胶层之间的形状记忆合金板，以及第一增厚夹持钢板、第二增厚夹持钢板、第三增厚夹持钢板、第四增厚夹持钢板；

所述形状记忆合金板的两个相对表面分别与第一止水橡胶层、第二止水橡胶层冷粘胶合；第一止水橡胶层的第一端侧与形状记忆合金板的第一端侧之间形成第一夹持槽，第一止水橡胶层的第二端侧与形状记忆合金板的第二端侧之间形成第二夹持槽；第二止水橡胶层的第一端侧与形状记忆合金板的第一端侧之间形成第三夹持槽，第二止水橡胶层的第二端侧与形状记忆合金板的第二端侧之间形成第四夹持槽；所述第一增厚夹持钢板、第二增厚夹持钢板、第三增厚夹持钢板、第四增厚夹持钢板分别夹置在所述第一夹持槽、第二夹持槽、第三夹持槽、第四夹持槽中，以传递摩擦传力；

通过依次贯穿所述第一止水橡胶层的第一端侧、第一增厚夹持钢板、形状记忆合金板的第一端侧、第三增厚夹持钢板、第二止水橡胶层的第一端侧设置有第一螺栓孔；通过依次贯穿所述第一止水橡胶层的第二端侧、第二增厚夹持钢板、形状记忆合金板的第二端侧、第四增厚夹持钢板、第二止水橡胶层的第二端侧设置有第二螺栓孔。

本发明的自复位承压减震止水件可以通过在其第一螺栓孔、第二螺栓孔中安装高强螺栓使其固定并夹紧在隧道柔性接头的两个隧道管片上，可实现荷载下变形复位，柔性消能减震和承受法向水压力密封止水三种功能，在发生地震时可减少地震对隧道主体结构的损伤，提高隧道结构的地震安全性。形状记忆合金板可以承受一定的垂直水压力，其与第一止水橡胶层、第二止水橡胶层采用冷粘胶合，能够避免在加工制作过程中，形状记忆合金板因高温硫化发生特性改变，同时使整体结构起到有效的密封止水作用。通过夹置第一增厚夹持钢板、第二增厚夹持钢板、第三增厚夹持钢板、第四增厚夹持钢板，变受剪传力为摩擦传力路径，可以解决形状记忆合金板较薄、螺栓孔位置端部承压不足的问题。

本发明的进一步优选方案中，第一止水橡胶层的第一端侧、第二端侧与连接该两端侧的第一止水橡胶层主体的连接处具有弧形过渡；第二止水橡胶层的第一端侧、第二端侧与连接两端侧的第二止水橡胶层主体的连接处具有弧形过渡。该弧形过渡可以避免应力集中，提高第一止水橡胶层和第二止水橡胶层的可靠性。

本发明的进一步优选方案中，所述形状记忆合金板、第一增厚夹持钢板、第二增厚夹持钢板、第三增厚夹持钢板、第四增厚夹持钢板均具有摩擦表面。即经过特殊处理以增大接触面的摩擦系数，更好地传递摩擦传力。

本发明的进一步优选方案中，所述第一夹持槽、第三夹持槽的组成的结构截面轮廓为U型槽；所述第二夹持槽、第四夹持槽的组成的结构截面轮廓同样为U型槽。当然，在其他方案中也可以不限于U型槽。

本发明的进一步优选方案中，所述形状记忆合金板的主成份为金属镍和金属钛，具有大变形、可复位超弹性、滞回耗能能力强、抗腐蚀性能极好等特点。

本发明同时公开的一种隧道柔性接头，包括第一隧道管片、第二隧道管片、第一高强螺栓、第二高强螺栓以及上述任一方案的自复位承压减震止水件；所述第一高强螺栓通过第一螺栓孔将自复位承压减震止水件与第一隧道管片内侧固定连接并压紧，所述第二高强螺栓通过第二螺栓孔将自复位承压减震止水件与第二隧道管片内侧固定连接并压紧。

本发明的进一步优选方案中，所述形状记忆合金板的可恢复应变大于8％，残余应变不大于2％。如此，可保证接头的柔性，同时在大震下不被拉断且不丧失复位超弹性的功能。

本发明的进一步优选方案中，所述第一隧道管片内侧具有第一预埋钢板，第二隧道管片内侧具有第二预埋钢板；第一高强螺栓具体固定在第一预埋钢板上，第二高强螺栓具体固定在第二预埋钢板上。

本发明至少具备以下有益效果：

(1)第一止水橡胶层、第二止水橡胶层和形状记忆合金板的结合，可实现荷载下变形复位、柔性消能减震和承受法向水压力密封止水三种功能，在发生地震时可减少地震对隧道主体结构的损伤，提高隧道结构的地震安全性；

(2))第一止水橡胶层、第二止水橡胶层和形状记忆合金板三者之间的冷粘胶合能够有效避免在加工制作过程中，形状记忆合金板在高温下发生特性改变，保证本发明的功能可靠；

(3)通过夹置第一增厚夹持钢板、第二增厚夹持钢板、第三增厚夹持钢板、第四增厚夹持钢板，变受剪传力为摩擦传力路径，可以解决形状记忆合金板较薄、螺栓孔位置端部承压不足的问题；

(4)第一止水橡胶层、第二止水橡胶层的端侧与对应主体的连接处采用弧形过渡，可以避免应力集中，提高第一止水橡胶层和第二止水橡胶层的可靠性；

(5)第一增厚夹持钢板、第二增厚夹持钢板、第三增厚夹持钢板、第四增厚夹持钢板均具有摩擦表面，可以增大接触面的摩擦系数，更好地传递摩擦传力；

(6)形状记忆合金板的主成份为金属镍和金属钛，具有大变形、可复位超弹性、滞回耗能能力强、抗腐蚀性能极好等特点；

(7)形状记忆合金板的可恢复应变大于8％，残余应变不大于2％，可保证接头的柔性，同时在大震下不被拉断且不丧失复位超弹性的功能。

附图说明

图1是实施例公开的自复位承压减震止水件的剖面示意图。

图2是图1的自复位承压减震止水件与隧道管片的连接示意图。

图3是图1的自复位承压减震止水件的平面展开示意图。

图中：10-第一止水橡胶层，11-第一夹持槽，12-第二夹持槽，20-第二止水橡胶层，21-第三夹持槽，22-第四夹持槽，30-形状记忆合金板，41-第一增厚夹持钢板，42-第二增厚夹持钢板，43-第三增厚夹持钢板，44-第四增厚夹持钢板，51-第一螺栓孔，52-第二螺栓孔，61-第一高强螺栓，62-第一高强螺栓，71-第一隧道管片，72-第二隧道管片，81-第一预埋钢板，82-第二预埋钢板。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步描述。

实施例一

实施例一公开的一种自复位承压减震止水件，用于连接隧道柔性接头的隧道管片。例如，可将传统隧道管片(如图2中第一隧道管片71和第二隧道管片72)上原有的纵向连接螺栓取消或部分取消，并安装该自复位承压减震止水件，以达到改良隧道柔性接头的目的。

请参阅图1至图3，该自复位承压减震止水件包括：相对设置的第一止水橡胶层10、第二止水橡胶层20，设置于第一止水橡胶层10和第二止水橡胶层之间20的形状记忆合金板30，以及第一增厚夹持钢板41、第二增厚夹持钢板42、第三增厚夹持钢板43、第四增厚夹持钢板44。

形状记忆合金板30的两个相对表面分别与第一止水橡胶层10、第二止水橡胶层20冷粘胶合，即采用冷粘工艺通过胶结剂冷粘为一体；第一止水橡胶层10的第一端侧(本实施例中第一端侧是指图1至图3中任一附图的左侧，第二端侧是指图1至图3中任一附图的右侧)与形状记忆合金板30的第一端侧之间形成第一夹持槽11，第一止水橡胶层10的第二端侧与形状记忆合金板30的第二端侧之间形成第二夹持槽12；第二止水橡胶层20的第一端侧与形状记忆合金板30的第一端侧之间形成第三夹持槽21，第二止水橡胶层20的第二端侧与形状记忆合金板30的第二端侧之间形成第四夹持槽22；第一增厚夹持钢板41、第二增厚夹持钢板42、第三增厚夹持钢板43、第四增厚夹持钢板44分别夹置在第一夹持槽11、第二夹持槽12、第三夹持槽21、第四夹持槽22中，以传递摩擦传力。

通过依次贯穿第一止水橡胶层10的第一端侧、第一增厚夹持钢板41、形状记忆合金板30的第一端侧、第三增厚夹持钢板43、第二止水橡胶层20的第一端侧设置有第一螺栓孔51；通过依次贯穿第一止水橡胶层10的第二端侧、第二增厚夹持钢板42、形状记忆合金板30的第二端侧、第四增厚夹持钢板44、第二止水橡胶层20的第二端侧设置有第二螺栓孔52。

如图2所示，本实施例的自复位承压减震止水件可以通过在其第一螺栓孔51、第二螺栓孔52中安装高强螺栓(如图2中第一高强螺栓61和第二高强螺栓62)使其固定并夹紧在隧道柔性接头的两个隧道管片(如图2中第一隧道管片71和第二隧道管片72)上，可实现荷载下变形复位、柔性消能减震和承受法向水压力密封止水三种功能，在发生地震时可减少地震对隧道主体结构的损伤，提高隧道结构的地震安全性。形状记忆合金板30可以承受一定的垂直水压力，其与第一止水橡胶层10、第二止水橡胶层20采用冷粘胶合，能够避免在加工制作过程中，形状记忆合金板30在高温下发生特性改变，同时使整体结构起到有效的密封止水作用。通过第一增厚夹持钢板41、第二增厚夹持钢板42、第三增厚夹持钢板43、第四增厚夹持钢板44传递摩擦传力的作用可以解决形状记忆合金板30较薄、螺栓孔位置端部承压不足的问题。

进一步优选方案中，第一止水橡胶层10的第一端侧、第二端侧与连接该两端侧的第一止水橡胶层主体(即第一止水橡胶层10上连接其第一端侧、第二端侧的部分)的连接处具有弧形过渡；第二止水橡胶层的第一端侧、第二端侧与连接该两端侧的第二止水橡胶层主体(即第二止水橡胶层20上连接其第一端侧、第二端侧的部分)的连接处具有弧形过渡。该弧形过渡可以避免应力集中，提高第一止水橡胶层和第二止水橡胶层的可靠性。

进一步优选方案中，形状记忆合金板30、第一增厚夹持钢板41、第二增厚夹持钢板42、第三增厚夹持钢板43、第四增厚夹持钢板44均具有摩擦表面。即经过特殊处理以增大接触面的摩擦系数，更好地传递摩擦传力。

如图1、图2所示，进一步优选方案中，所述第一夹持槽11、第三夹持槽21的组成的结构截面轮廓为U型槽；第二夹持槽12、第四夹持槽22的组成的结构截面轮廓同样为U型槽。当然，在其他方案中也可以不限于U型槽。

进一步优选方案中，形状记忆合金板30的主成份为金属镍和金属钛，具有大变形、可复位超弹性、滞回耗能能力强、抗腐蚀性能极好等特点。

实施例二

同样参阅图1至图3，实施例二公开的一种隧道柔性接头，包括第一隧道管片71、第二隧道管片72、第一高强螺栓61、第二高强螺栓62以及实施例一中任一方案的自复位承压减震止水件。第一高强螺栓61通过第一螺栓孔51将自复位承压减震止水件与第一隧道管片71内侧固定连接并压紧，第二高强螺栓62通过第二螺栓孔52将自复位承压减震止水件与第二隧道管片72内侧固定连接并压紧。

进一步优选方案中，形状记忆合金板30抗拉刚度小于相邻隧道管环普通接头纵向螺栓的刚度。更优选方案中，形状记忆合金板30的可恢复应变宜大于8％，残余应变不宜大于2％。如此，可保证接头的柔性，同时在大震下不被拉断且不丧失复位超弹性的功能。

如图2所示，进一步优选方案中，第一隧道管片71内侧具有第一预埋钢板81，第二隧道管片72内侧具有第二预埋钢板82，以增加连接处的强度；第一高强螺栓61具体固定在第一预埋钢板81上，第二高强螺栓62具体固定在第二预埋钢板82上。

因此，综合以上实施例一和实施例二，本发明至少具有如下有益效果：

(1)第一止水橡胶层、第二止水橡胶层和形状记忆合金板的结合可增强止水功能、变形复位功能和柔性消能减震功能，在发生地震时可减少地震对隧道主体结构的损伤，提高隧道结构的地震安全性；

(2))第一止水橡胶层、第二止水橡胶层和形状记忆合金板三者之间的冷粘胶合能够有效避免在加工制作过程中，形状记忆合金板在高温下发生特性改变，保证本发明功能的可靠性；

(3)通过夹置第一增厚夹持钢板、第二增厚夹持钢板、第三增厚夹持钢板、第四增厚夹持钢板，变受剪传力为摩擦传力路径，可以解决形状记忆合金板较薄、螺栓孔位置端部承压不足的问题；

(4)第一止水橡胶层、第二止水橡胶层中端侧与对应主体的连接处采用弧形过渡，可以避免应力集中，提高第一止水橡胶层和第二止水橡胶层的可靠性；

(5)第一增厚夹持钢板、第二增厚夹持钢板、第三增厚夹持钢板、第四增厚夹持钢板均具有摩擦表面，可以增大接触面的摩擦系数，更好地传递摩擦传力；

(6)形状记忆合金板的主成份为金属镍和金属钛，具有大变形、可复位超弹性、滞回耗能能力强、抗腐蚀性能极好等特点；

(7)形状记忆合金板抗拉刚度小于相邻隧道管环普通接头纵向螺栓的刚度，且形状记忆合金板的可恢复应就大于8％，残余应变不大于2％，可保证接头的柔性，同时在大震下不被拉断且不丧失复位超弹性的功能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种自复位承压减震止水件，用于连接隧道柔性接头的隧道管片；其特征在于，该自复位承压减震止水件包括：相对设置的第一止水橡胶层、第二止水橡胶层，设置于第一止水橡胶层和第二止水橡胶层之间的形状记忆合金板，以及第一增厚夹持钢板、第二增厚夹持钢板、第三增厚夹持钢板、第四增厚夹持钢板；

所述形状记忆合金板的两个相对表面分别与第一止水橡胶层、第二止水橡胶层冷粘胶合；第一止水橡胶层的第一端侧与形状记忆合金板的第一端侧之间形成第一夹持槽，第一止水橡胶层的第二端侧与形状记忆合金板的第二端侧之间形成第二夹持槽；第二止水橡胶层的第一端侧与形状记忆合金板的第一端侧之间形成第三夹持槽，第二止水橡胶层的第二端侧与形状记忆合金板的第二端侧之间形成第四夹持槽；所述第一增厚夹持钢板、第二增厚夹持钢板、第三增厚夹持钢板、第四增厚夹持钢板分别夹置在所述第一夹持槽、第二夹持槽、第三夹持槽、第四夹持槽中，以传递摩擦传力；

通过依次贯穿所述第一止水橡胶层的第一端侧、第一增厚夹持钢板、形状记忆合金板的第一端侧、第三增厚夹持钢板、第二止水橡胶层的第一端侧设置有第一螺栓孔；通过依次贯穿所述第一止水橡胶层的第二端侧、第二增厚夹持钢板、形状记忆合金板的第二端侧、第四增厚夹持钢板、第二止水橡胶层的第二端侧设置有第二螺栓孔。

2.根据权利要求1所述的自复位承压减震止水件，其特征在于，第一止水橡胶层的第一端侧、第二端侧与连接该两端侧的第一止水橡胶层主体的连接处具有弧形过渡；第二止水橡胶层的第一端侧、第二端侧与连接该两端侧的第二止水橡胶层主体的连接处具有弧形过渡。

3.根据权利要求2所述的自复位承压减震止水件，其特征在于，所述形状记忆合金板、第一增厚夹持钢板、第二增厚夹持钢板、第三增厚夹持钢板、第四增厚夹持钢板均具有摩擦表面。

4.根据权利要求3所述的自复位承压减震止水件，其特征在于，所述第一夹持槽、第三夹持槽的组成的结构截面轮廓为U型槽；所述第二夹持槽、第四夹持槽的组成的结构截面轮廓同样为U型槽。

5.根据权利要求1至4任一项所述的自复位承压减震止水件，其特征在于，所述形状记忆合金板的主成份为金属镍和金属钛。

6.一种隧道柔性接头，其特征在于，包括第一隧道管片、第二隧道管片、第一高强螺栓、第二高强螺栓以及权利要求1至5任一项所述的自复位承压减震止水件；所述第一高强螺栓通过第一螺栓孔将自复位承压减震止水件与第一隧道管片内侧固定连接并压紧，所述第二高强螺栓通过第二螺栓孔将自复位承压减震止水件与第二隧道管片内侧固定连接并压紧。

7.根据权利要求6所述的隧道柔性接头，其特征在于，所述形状记忆合金板的可恢复应变大于8％，残余应变不大于2％。

8.根据权利要求6所述的隧道柔性接头，其特征在于，所述第一隧道管片内侧具有第一预埋钢板，第二隧道管片内侧具有第二预埋钢板；第一高强螺栓具体固定在第一预埋钢板上，第二高强螺栓具体固定在第二预埋钢板上。