CN109736837A - 一种用于隧道抗震的可变形管片接头 - Google Patents

一种用于隧道抗震的可变形管片接头 Download PDF

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周海祚
朱世友
魏玉省
杨鹏博
郭知一
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China Railway Liuyuan Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种用于隧道抗震的可变形管片接头,包括设置在两管片之间的密封垫和两支连接螺栓,连接螺栓是自复位式螺栓,该螺栓包括螺栓柱,螺栓柱包括中间的镍钛合金材料段和两端的低碳合金钢段;镍钛合金材料段与两端的低碳合金钢段通过嵌固结构连接;镍钛合金材料段为直径与螺栓直径相同的弧圆柱段或是圆柱段;低碳合金钢段为直径与螺栓直径相同的圆柱段,低碳合金钢段的一端与镍钛合金材料段通过嵌固结构连接。利用自复位式螺栓最为起缓冲作用的阻震结构,使得隔震管片接头对地震波的传播具备一定的吸收作用。使用隔震管片接头替代原有的传统管片接头,可很大程度上保护隧道结构不被破坏,保障隧道结构的安全和人身安全。

Description

一种用于隧道抗震的可变形管片接头
技术领域
本发明涉及地下结构施工领域,具体涉及一种用于隧道隔震的可变形管片接头。
背景技术
随着国家战略的需要,越来越多的地方进行了隧道建设,建设区域的扩展,使隧道面临更多的、更复杂的建设要求。因此,隧道的抗震问题是需要解决的重要难题。近一个多世纪以来世界范围内发生的一系列大地震中,不少地下结构遭受破坏,例如1923年日本关东大地震,震级M=7.8,地震使近震中的座铁路隧道受到破坏。1930年日本伊豆地震,震级M=7.0,地震使正在施工的时丹那铁路隧道的排水隧洞水平错位2.39m,竖向错位0.6m,主隧道边墙数处裂缝。1971年美国圣佛南都6.4级地震使多座隧道受到不同程度的破坏.目前用于隧道施工的管片接头形式较为单一,不具备抗震性能。在地震作用下,隧道结构极易发生管片的错台,若能针对实际情况,改进盾构管片接头,则会对隧道抗震设计带来明显的益处。因此在高烈度地区,盾构管片接头的改进是十分必要的。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种用于隧道隔震的可变形管片接头,利用自复位式螺栓最为起缓冲作用的阻震结构,使得隔震管片接头对地震波的传播具备一定的吸收作用。使用隔震管片接头替代原有的传统管片接头,可很大程度上保护隧道结构不被破坏,保障隧道结构的安全和人身安全。
为了解决上述技术问题,本发明提出的一种用于隧道抗震的可变形管片接头,包括设置在两管片之间的密封垫和两支连接螺栓,所述连接螺栓是自复位式螺栓,该螺栓包括螺栓柱,所述螺栓柱包括中间的镍钛合金材料段和两端的低碳合金钢段;所述镍钛合金材料段与两端的低碳合金钢段通过嵌固结构连接;所述镍钛合金材料段为直径与螺栓直径相同的弧圆柱段或是圆柱段,所述镍钛合金材料段的组分及其重量百分含量为,55.9%镍,44.1%钛;所述低碳合金钢段为直径与螺栓直径相同的圆柱段,所述低碳合金钢段的一端与所述镍钛合金材料段通过嵌固结构连接,所述低碳合金钢段的另一端通过螺纹连接有螺母。
进一步讲,本发明用于隧道抗震的可变形管片接头,其中,所述镍钛合金材料段为圆柱段时,所述镍钛合金材料段的长度是1/3螺栓柱的长度;所述镍钛合金材料段为弧圆柱段时,所述镍钛合金材料段的展开长度是1/3螺栓柱的展开长度。
所述镍钛合金材料段上套装有橡皮套,所述橡皮套的长度为完全覆盖所述镍钛合金材料段且在该段的两侧留有2.5~3.5cm的余量。
所述嵌固结构包括设置在所述低碳合金钢段端部的卡头和设置在镍钛合金材料段端部的卡环,所述卡头包括依次与低碳合金钢段同轴设置的短颈和小头端朝外的圆台,在所述短颈的外回转表面上设有连接所述圆台的大头端与低碳合金钢段端的定位块;所述卡环包括依次与所述镍钛合金材料段同轴设置的环形槽和挡圈,所述挡圈上设有与所述定位块配合的插槽;所述卡头嵌入至所述卡环内,从而使所述低碳合金钢段与镍钛合金材料段连接。
所述管片上,在位于安装连接螺栓的位置处设有手孔。
本发明具有以下有益效果:
将本发明可变形管片接头用于隧道的管片连接,可以减轻地震作用时整个管道的震动情况。可变形管片接头能吸收管片与管片之间的相对位移,从而减小和改变地震对隧道结构的影响,以此来达到隔震的目的。本发明结构合理、施工简单,可有效提高隧道管片之间的减震防灾性能。
附图说明
图1为本发明一种用于隧道隔震的可变形管片接头的示意图;
图2为图1中所示自复位式螺栓示意图;
图3为图2中所示自复位式螺栓抵抗变形的示意图
图4-1为图2所示自复位式螺栓中嵌固结构卡头部分轴向示意图;
图4-2为图4-1所示卡头部分的端向示意图;
图4-3为图2所示自复位式螺栓中嵌固结构卡环部分轴向剖面图;
图4-4为图4-3所示卡环部分的端向示意图;
图5为图2中所示自复位式螺栓嵌固结构连接示意图;
图中:10-管片,20-手孔,30-密封垫,40-自复位式螺栓,1-镍钛合金材料段,2-低碳合金钢段,3-螺帽;4-螺母;5-胶皮外套,6-嵌固结构,61-短颈,62-圆台,63-定位块,64-环形槽,65-挡圈,66-插槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白,以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明的设计思路,提供一种用于隧道隔震的可变形管片接头,在隧道管片接头处采用自复位式螺栓作为阻震结构,具有对波传播的吸收作用,使管片连接处具备吸收地震波的能力,从而保护隧道结构不被破坏。
如图1所述,本发明提出的一种用于隧道抗震的可变形管片接头,包括设置在两管片10之间的密封垫30和两支连接螺栓,所述密封垫30用于防止内外套筒的连接处发生漏水问题,所述连接螺栓是自复位式螺栓40,所述管片10上,在位于安装连接螺栓4的位置处设有手孔20,所述手孔20便于安装螺栓时的施工操作。
如图2所示,本发明中的自复位式螺栓40包括螺栓柱,所述螺栓柱包括中间的镍钛合金材料段1和两端的低碳合金钢段2;所述镍钛合金材料段1与两端的低碳合金钢段2通过嵌固结构6连接;所述镍钛合金材料段1为直径与螺栓直径相同的弧圆柱段或是圆柱段,如图2和图3所示,所述低碳合金钢段2为直径与螺栓直径相同的圆柱段,所述低碳合金钢段2的一端与所述镍钛合金材料段1通过嵌固结构6连接,所述低碳合金钢段2的另一端通过螺纹连接有螺母4;所述镍钛合金材料段1上套装有橡皮套5,所述橡皮套5的长度为完全覆盖所述镍钛合金材料段1且在该段的两侧留有2.5~3.5cm的余量。
所述镍钛合金材料段1的组分及其重量百分含量为,55.9%镍,44.1%钛;所述镍钛合金材料段1为圆柱段时,所述镍钛合金材料段1的长度是1/3螺栓柱的长度;所述镍钛合金材料段1为弧圆柱段时,所述镍钛合金材料段1的展开长度是1/3螺栓柱的展开长度。
所述嵌固结构6包括设置在所述低碳合金钢段2端部的卡头和设置在镍钛合金材料段1端部的卡环,所述卡头包括依次与低碳合金钢段2同轴设置的短颈61和小头端朝外的圆台62,在所述短颈61的外回转表面上设有连接所述圆台62的大头端与低碳合金钢段2端的定位块63;所述卡环包括依次与所述镍钛合金材料段1同轴设置的环形槽64和挡圈65,所述挡圈65上设有与所述定位块63配合的插槽66;所述卡头嵌入至所述卡环内,从而使所述低碳合金钢段2与镍钛合金材料段1连接。
本发明用于隧道隔震的可变形管片接头的制备步骤如下:
制作自复位式螺栓,将镍钛合金材料段1与低碳合金钢段2(即传统螺栓)的端部部分通过嵌固结构组合成自复位式新型螺栓。
在镍钛合金材料段1与低碳合金钢段2的连接端作出嵌固结构:在低碳钢合金段2(即传统螺栓)的端部加工出卡头,如图4-1、图4-2所示,包括小头朝外的圆台62和短颈62。在镍钛合金材料段2的两端分别加工出套筒式的卡环,如图4-3和图4-4,包括环形槽64和挡圈65。由于要限制两段之间的相对旋转,在两段的接头处设置了限位装置,即,在卡头的短颈62上设置连接于低碳钢合金段2与圆台62之间的定位块63;在挡圈65还加工出与卡头部分的定位块63配合的插槽66。圆台62的大头直径比低碳合金钢段2部分的直径略小,以方便低碳合金钢段2嵌入至镍钛合金材料段1的卡环内。所述卡头嵌入至所述卡环内,从而使所述低碳合金钢段2与镍钛合金材料段1连接,如图5所示。由于镍钛合金材料段1有一定的弹性,可保证低碳合金钢段2的插入,而低碳合金钢段2连接端部设置的小头朝外的圆台62可以保证低碳合金钢段2不被拔出,形成嵌固结构。
在管片的连接部位(即管片接头的左右两部分)预留手孔20和螺栓孔。用自复位式螺栓40将管片接头的左右两部分连接起来。当然,自复位式螺栓也可采用液压阻震螺栓等替代。使用密封垫30密封好管片接头的内部与外部。本发明的管片接头与传统的管片接头大小相同,无需改变传统施工方法。
本发明中的螺栓将原有的刚性螺栓改为含记忆合金材料段(即镍钛合金材料段)的自复位式螺栓,使用该螺栓连接管片接头可以保证在地震作用下管片之间的连接能具备更好的耐用性,从而改进了传统的刚性不可变形螺栓,引入镍钛合金材料,并将其以嵌套方式与低碳合金钢螺栓进行连接。使得管片接头具有一定的抵抗变形的能力。并保证在发生震害时,隧道的管片连接处具有一定的形变恢复能力。
本发明将刚性的管片接头结构改为可形变的管片接头结构,发生震害时,该可变形管片接头具有一定的可变形性及自复位性,可以在不同管片之间传递轴力剪力及弯矩,并有一定的吸震作用,借助管片接头内部阻震结构的牵拉作用可以抵抗一部分地震波的破坏。从而保证隧道在地震波作用下不被破坏。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于隧道抗震的可变形管片接头,包括设置在两管片(10)之间的密封垫(30)和两支连接螺栓,其特征在于:所述连接螺栓是自复位式螺栓(40),该螺栓包括螺栓柱,所述螺栓柱包括中间的镍钛合金材料段(1)和两端的低碳合金钢段(2);所述镍钛合金材料段(1)与两端的低碳合金钢段(2)通过嵌固结构(6)连接;
所述镍钛合金材料段(1)为直径与螺栓直径相同的弧圆柱段或是圆柱段,所述镍钛合金材料段(1)的组分及其重量百分含量为,55.9%镍,44.1%钛;
所述低碳合金钢段(2)为直径与螺栓直径相同的圆柱段,所述低碳合金钢段(2)的一端与所述镍钛合金材料段(1)通过嵌固结构(6)连接,所述低碳合金钢段(2)的另一端通过螺纹连接有螺母(4)。
2.根据权利要求1所述用于隧道抗震的可变形管片接头,其特征在于,所述镍钛合金材料段(1)为圆柱段时,所述镍钛合金材料段(1)的长度是1/3螺栓柱的长度;所述镍钛合金材料段(1)为弧圆柱段时,所述镍钛合金材料段(1)的展开长度是1/3螺栓柱的展开长度。
3.根据权利要求1所述用于隧道抗震的可变形管片接头,其特征在于,所述镍钛合金材料段(1)上套装有橡皮套(5),所述橡皮套(5)的长度为完全覆盖所述镍钛合金材料段(1)且在该段的两侧留有2.5~3.5cm的余量。
4.根据权利要求1所述用于隧道抗震的可变形管片接头,其特征在于,所述嵌固结构(6)包括设置在所述低碳合金钢段(2)端部的卡头和设置在镍钛合金材料段(1)端部的卡环,所述卡头包括依次与低碳合金钢段(2)同轴设置的短颈(61)和小头端朝外的圆台(62),在所述短颈(61)的外回转表面上设有连接所述圆台(62)的大头端与低碳合金钢段(2)端的定位块(63);所述卡环包括依次与所述镍钛合金材料段(1)同轴设置的环形槽(64)和挡圈(65),所述挡圈(65)上设有与所述定位块(63)配合的插槽(66);所述卡头嵌入至所述卡环内,从而使所述低碳合金钢段(2)与镍钛合金材料段(1)连接。
5.根据权利要求1所述用于隧道抗震的可变形管片接头,其特征在于,所述管片(10)上,在位于安装连接螺栓(4)的位置处设有手孔(20)。
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