[發明專利]一種盾構隧道形狀記憶合金柔性環間接頭及其設計方法

在審

• 申請號: 202210201934.6
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114547805A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 龍曉鴻;馬永濤;桂石海;周群林;苗雨;阮濱
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;E21D11/08;E21F17/00;G06F119/14
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜

1.一種盾構隧道形狀記憶合金柔性環間接頭的設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、設計接頭的基本結構：接頭包括環間連接螺栓和環簧，環間連接螺栓用于連接相鄰管片，其兩端通過螺母固定；環簧套設在環間連接螺栓上，且位于螺母和管片之間，環簧包括至少2個鋼內環和至少1個形狀記憶合金外環，鋼內環外側設有傾角，形狀記憶合金外環安裝在相鄰鋼內環之間，其內表面與鋼內環外側傾角貼合；

S2、設置多組初始接頭參數，進而計算接頭的性能參數，并根據接頭性能對接頭參數進行初篩；

S3、分別驗證每組接頭參數是否滿足設計要求，若無滿足的接頭參數，則返回步驟S2重新設置初始接頭參數；若有滿足的接頭參數，則保留該接頭參數；設計要求具體為：

(1)形狀記憶合金外環內側應變不超過8％；

(2)形狀記憶合金外環的最大應力小于其許用應力；

(3)形狀記憶合金外環與鋼內環的接觸面角度β大于摩擦角；

S4、對保留的接頭參數設計方案進行有限元模擬，從而對設計方案進行優化，得到最終接頭參數。

2.如權利要求1所述的盾構隧道形狀記憶合金柔性環間接頭的設計方法，其特征在于，所述接觸面角度β為15°～35°。

3.如權利要求1所述的盾構隧道形狀記憶合金柔性環間接頭的設計方法，其特征在于，所述形狀記憶合金外環內側應變ε_max的計算式如下：

其中，D₂為形狀記憶合金外環最外側直徑，t為形狀記憶合金外環的厚度，σ′_2max為形狀記憶合金外環截面中拉應力的最大值，D_c2為形狀記憶合金外環截面中心直徑，E₂為形狀記憶合金外環材料的彈性模量，h為形狀記憶合金外環高度。

4.如權利要求1所述的盾構隧道形狀記憶合金柔性環間接頭的設計方法，其特征在于，形狀記憶合金外環的最大應力σ_2max為形狀記憶合金外環內表面應力σ₂的最大值，該內表面應力σ₂的計算式如下：

其中，F為環簧端面所受軸向力，A₂為形狀記憶合金外環截面面積，γ為系數；ν為泊松比，D為內環和外環接觸面的中徑，h為形狀記憶合金外環高度，d為相鄰兩鋼內環內距離，μ為接觸面摩擦系數。

5.如權利要求1所述的盾構隧道形狀記憶合金柔性環間接頭的設計方法，其特征在于，根據隧道管片尺寸和接頭功能需求設置初始接頭參數。

6.如權利要求5所述的盾構隧道形狀記憶合金柔性環間接頭的設計方法，其特征在于，所述接頭功能需求包括：環簧初始階段最大承載力大于對連接螺栓的預緊力。

7.如權利要求5所述的盾構隧道形狀記憶合金柔性環間接頭的設計方法，其特征在于，所述接頭功能需求包括：環簧最大承載力小于連接螺栓的屈服拉力。

8.如權利要求5所述的盾構隧道形狀記憶合金柔性環間接頭的設計方法，其特征在于，所述接頭功能需求包括：環簧總行程在15mm以內。

9.如權利要求1-8任一項所述的盾構隧道形狀記憶合金柔性環間接頭的設計方法，其特征在于，接頭性能參數包括環簧的承載力，加載和卸載時環簧的軸向變形量，以及一次加載循環中環簧的耗能。

10.一種盾構隧道形狀記憶合金柔性環間接頭，其特征在于，采用如權利要求1-9任一項所述的設計方法設計而成。