[發明專利]一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件

有效

• 申請號: 201410005055.1
• 申請日: 2014-01-06
• 公開（公告）號: CN103743558A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 閆維明;陳紅娟;張學明;陳適才;謝志強;宋林琳
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 紀佳

技術領域

本發明涉及一種沉管隧道柔性接頭的試驗簡化構件，屬于工程試驗與測試技術領域。

背景技術

管段接頭是沉管隧道的重要部位,同時也是薄弱部位,其結構強度和剛度相對混凝土管段而言都顯得更加脆弱。地震作用或沉管基礎和管段的不均勻沉降容易導致接頭部位的錯動和張開,使接頭部位止水效果降低甚至失去止水效果,對沉管隧道的正常運營和安全性能造成很大威脅,接頭處的受力性能歷來是沉管隧道接頭研究的焦點。

采用試驗方法測得沉管隧道接頭處的受力情況，可以更好地研究沉管隧道接頭的性能，為設計及規范的編制提供重要的參考，但一般試驗模型只是將原隧道模型根據相似理論進行縮尺而獲得，其構造與原模型一樣，試驗時，接頭的反應難以測得，如接頭軸力，一般采用應變片測量鋼筋應力來獲得，其測量結果難以用于隧道的分析與設計，并且應變片本身用于地震作用動態應變測量誤差較大。所以精確合理獲得沉管隧道接頭的力學反應和位移變形是試驗成敗的關鍵。基于此，本發明研發了一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件,并進行試驗研究，對研究沉管隧道管段接頭處的受力和變形性能具有重要的現實意義。

發明內容

本發明提出了一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件。通過在縮尺模型柔性接頭設置附加剛性接頭，并結合力傳感器和位移傳感器來獲得實際隧道的反應。此模型適用于隧道結構縮尺試驗中研究對象為柔性接頭時的試驗。本發明構造簡單，所需材料成本低廉，可以精確測定接頭處的力、位移及加速度等反應,且不會損壞傳感器及儀器設備，傳感器可以重復利用。

一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件，包括鋼筋Ⅰ1、角鋼Ⅰ2、鋼墊圈Ⅰ3、鋼圈Ⅰ4、測力裝置5、可松動螺栓6、薄鋼板7、鋼圈Ⅱ8、高強鋼絲9、固定螺栓10、鋼墊圈Ⅱ11、橡膠圈12、鋼圈Ⅲ13、角鋼Ⅱ14和鋼筋Ⅱ15，其特征在于：鋼墊圈和鋼圈均采用鋼材，鋼筋Ⅰ1與角鋼Ⅰ2的埋入混凝土結構16中的肢端焊接，鋼墊圈Ⅰ3焊接于未埋入混凝土結構16中的上部和下部角鋼Ⅰ2的肢端，鋼圈Ⅰ4的一端焊接于鋼墊圈Ⅰ3的內壁；鋼筋Ⅱ15與角鋼Ⅱ14的埋入混凝土結構16中的肢端焊接，鋼墊圈Ⅱ11焊接于未埋入混凝土結構16中的上部和下部角鋼Ⅱ14的肢端，鋼圈Ⅲ13的一端焊接于鋼墊圈Ⅱ11的內壁，未施焊的鋼墊圈Ⅱ11的一側涂上強力粘結劑，并與橡膠圈12粘結牢固；在鋼圈Ⅱ8上面、下面中部各焊接一塊薄鋼板7，在薄鋼板7和未埋入混凝土結構16中的角鋼Ⅱ14的肢端上打孔，均勻、對稱布置若干根高強鋼絲9穿過薄鋼板7和未埋入混凝土結構16中的角鋼Ⅱ14的肢端，在未埋入混凝土結構16中的角鋼Ⅱ14的肢端一側擰緊固定螺栓10，在薄鋼板7一側安置可松動螺栓6，測力裝置5固定連接于鋼墊圈Ⅰ3與鋼圈Ⅱ8之間。

鋼圈Ⅱ8的截面形狀與鋼墊圈Ⅰ3、鋼墊圈Ⅱ11的截面形狀相同，并且其軸向剛度大于相同長度隧道的軸向剛度。

測力裝置5對稱分布于截面四個角部。

高強鋼絲9連接于隧道模型和鋼圈Ⅱ8，并且可松動螺栓6和固定螺栓10的位置可以互換。

橡膠圈12可以換為若干彈簧均勻布置于鋼墊圈Ⅱ11未焊接面四周，彈簧一端與鋼墊圈Ⅱ11固定連接，另一端與鋼圈Ⅱ8連接或者不連接。

高強鋼絲9沿角鋼Ⅱ14長度方向上均勻、對稱布置。

鋼墊圈Ⅱ11和鋼圈Ⅱ8之間以及鋼圈Ⅱ8和鋼墊圈Ⅰ3之間內側分別設置鋼圈Ⅲ13和鋼圈Ⅰ4作為剪力鍵。

擰動可松動螺栓6，使得鋼圈Ⅱ8和橡膠圈12擠緊時，鋼圈Ⅰ4和鋼圈Ⅲ13之間要留至少2厘米的空隙，避免二者碰撞。

鋼墊圈Ⅱ11和鋼圈Ⅱ8之間安裝位移計。

本發明的有益效果為：為采用試驗方法研究沉管隧道的接頭受力及變形性能提供了一種行之有效的做法，該方法簡單、便捷，原材料易于獲得、廉價，且可以精確測定接頭處的力和變形，可用于隧道結構接頭試驗研究。

附圖說明

圖1是本發明接頭構件的立面圖；

圖2是本發明接頭構件的平面圖；

圖3是本發明擰緊螺栓時接頭構件立面圖；

圖4是本發明接頭構件鋼墊圈Ⅰ3和鋼圈Ⅰ4焊接橫截面示意圖；

圖5是本發明接頭構件鋼墊圈Ⅱ11、橡膠圈12和鋼圈Ⅲ13連接橫截面示意圖；

圖6是本發明實例的隧道模型橫截面詳細尺寸圖；

圖7是本發明實例的隧道模型-接頭布置示意圖；

圖8是本發明實例的接頭三維示意圖；

圖9是本發明接頭構件角鋼與鋼筋焊接圖；