一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件，屬于工程試驗(yàn)與測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】。本實(shí)用新型由角鋼、鋼圈、橡膠圈、螺栓、高強(qiáng)鋼絲、鋼板和鋼筋組成。通過在鋼墊圈和鋼圈中設(shè)置水平方向的測(cè)力裝置來測(cè)定沉管隧道縮尺模型接頭處的軸力，同時(shí)在模擬橡膠止水帶兩側(cè)設(shè)置位移傳感器來測(cè)定接頭位移變化，適用于隧道結(jié)構(gòu)縮尺試驗(yàn)中研究對(duì)象為柔性接頭時(shí)的試驗(yàn)。本實(shí)用新型構(gòu)造簡(jiǎn)單，所需材料成本低廉，可以同時(shí)精確測(cè)定接頭處的軸力和位移，且不會(huì)損壞傳感器及儀器設(shè)備。
【專利說明】一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種沉管隧道柔性接頭的試驗(yàn)簡(jiǎn)化構(gòu)件，屬于工程試驗(yàn)與測(cè)試技 術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 管段接頭是沉管隧道的重要部位，同時(shí)也是薄弱部位，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度相對(duì)混 凝土管段而言都顯得更加脆弱。地震作用或沉管基礎(chǔ)和管段的不均勻沉降容易導(dǎo)致接頭部 位的錯(cuò)動(dòng)和張開，使接頭部位止水效果降低甚至失去止水效果，對(duì)沉管隧道的正常運(yùn)營(yíng)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(diǎn)。
[0003] 采用試驗(yàn)方法測(cè)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(shè)計(jì)及規(guī)范的編制提供重要的參考，但一般試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭皇菍⒃淼滥Ｐ透鶕?jù)相似 理論進(jìn)行縮尺而獲得，其構(gòu)造與原模型一樣，試驗(yàn)時(shí)，接頭的反應(yīng)難以測(cè)得，如接頭軸力，一 般采用應(yīng)變片測(cè)量鋼筋應(yīng)力來獲得，其測(cè)量結(jié)果難以用于隧道的分析與設(shè)計(jì)，并且應(yīng)變片 本身用于地震作用動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量誤差較大。所以精確合理獲得沉管隧道接頭的力學(xué)反應(yīng)和 位移變形是試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵?；诖耍緦?shí)用新型研發(fā)了一種用于模擬沉管隧道柔性接頭 的構(gòu)件，并進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)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(xiàn)實(shí) 意義。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型提出了一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件。通過在縮尺模型柔性 接頭設(shè)置附加剛性接頭，并結(jié)合力傳感器和位移傳感器來獲得實(shí)際隧道的反應(yīng)。此模型適 用于隧道結(jié)構(gòu)縮尺試驗(yàn)中研究對(duì)象為柔性接頭時(shí)的試驗(yàn)。本實(shí)用新型構(gòu)造簡(jiǎn)單，所需材料 成本低廉，可以精確測(cè)定接頭處的力、位移及加速度等反應(yīng)，且不會(huì)損壞傳感器及儀器設(shè) 備，傳感器可以重復(fù)利用。
[0005] -種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件，包括鋼筋I(lǐng) 1、角鋼I 2、鋼墊圈I 3、鋼 圈I 4、測(cè)力裝置5、可松動(dòng)螺栓6、薄鋼板7、鋼圈II 8、高強(qiáng)鋼絲9、固定螺栓10、鋼墊圈 II 11、橡膠圈12、鋼圈III 13、角鋼II 14和鋼筋I(lǐng)I 15,其特征在于：鋼墊圈和鋼圈均采用鋼 材，鋼筋I(lǐng) 1與角鋼I 2的埋入混凝土結(jié)構(gòu)16中的肢端焊接，鋼墊圈I 3焊接于未埋入混 凝土結(jié)構(gòu)16中的上部和下部角鋼I 2的肢端，鋼圈I 4的一端焊接于鋼墊圈I 3的內(nèi)壁； 鋼筋I(lǐng)I 15與角鋼II 14的埋入混凝土結(jié)構(gòu)16中的肢端焊接，鋼墊圈II 11焊接于未埋入混 凝土結(jié)構(gòu)16中的上部和下部角鋼II 14的肢端，鋼圈III 13的一端焊接于鋼墊圈II 11的內(nèi) 壁，未施焊的鋼墊圈II 11的一側(cè)涂上強(qiáng)力粘結(jié)劑，并與橡膠圈12粘結(jié)牢固；在鋼圈II 8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(jié)構(gòu)16中的角鋼II 14的肢 端上打孔，均勻、對(duì)稱布置若干根高強(qiáng)鋼絲9穿過薄鋼板7和未埋入混凝土結(jié)構(gòu)16中的角 鋼II 14的肢端，在未埋入混凝土結(jié)構(gòu)16中的角鋼II 14的肢端一側(cè)擰緊固定螺栓10,在薄 鋼板7 -側(cè)安置可松動(dòng)螺栓6,測(cè)力裝置5固定連接于鋼墊圈I 3與鋼圈II 8之間。
[0006] 鋼圈II 8的截面形狀與鋼墊圈I 3、鋼墊圈II 11的截面形狀相同，并且其軸向剛度 大于相同長(zhǎng)度隧道的軸向剛度。
[0007] 測(cè)力裝置5對(duì)稱分布于截面四個(gè)角部。
[0008] 高強(qiáng)鋼絲9連接于隧道模型和鋼圈II 8,并且可松動(dòng)螺栓6和固定螺栓10的位置 可以互換。
[0009] 橡膠圈12可以換為若干彈簧均勻布置于鋼墊圈II 11未焊接面四周，彈簧一端與 鋼墊圈II 11固定連接，另一端與鋼圈II 8連接或者不連接。
[0010] 高強(qiáng)鋼絲9沿角鋼II 14長(zhǎng)度方向上均勻、對(duì)稱布置。
[0011] 鋼墊圈II 11和鋼圈II 8之間以及鋼圈II 8和鋼墊圈I 3之間內(nèi)側(cè)分別設(shè)置鋼圈 III 13和鋼圈I 4作為剪力鍵。
[0012] 擰動(dòng)可松動(dòng)螺栓6,使得鋼圈II 8和橡膠圈12擠緊時(shí)，鋼圈I 4和鋼圈III 13之間 要留至少2厘米的空隙，避免二者碰撞。
[0013] 鋼墊圈II 11和鋼圈II 8之間安裝位移計(jì)。
[0014] 本實(shí)用新型的有益效果為：為采用試驗(yàn)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(jiǎn)單、便捷，原材料易于獲得、廉價(jià)，且可以精確測(cè)定接 頭處的力和變形，可用于隧道結(jié)構(gòu)接頭試驗(yàn)研究。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本實(shí)用新型接頭構(gòu)件的立面圖；
[0016] 圖2是本實(shí)用新型接頭構(gòu)件的平面圖；
[0017] 圖3是本實(shí)用新型擰緊螺栓時(shí)接頭構(gòu)件立面圖；
[0018] 圖4是本實(shí)用新型接頭構(gòu)件鋼墊圈I 3和鋼圈I 4焊接橫截面示意圖；
[0019] 圖5是本實(shí)用新型接頭構(gòu)件鋼墊圈II 11、橡膠圈12和鋼圈III 13連接橫截面示意 圖；
[0020] 圖6是本實(shí)用新型實(shí)例的隧道模型橫截面詳細(xì)尺寸圖；
[0021] 圖7是本實(shí)用新型實(shí)例的隧道模型-接頭布置示意圖；
[0022] 圖8是本實(shí)用新型實(shí)例的接頭三維示意圖；
[0023] 圖9是本實(shí)用新型接頭構(gòu)件角鋼與鋼筋焊接圖；
[0024] 圖中：1 一鋼筋I(lǐng)，2-角鋼I，3-鋼塾圈I，4一鋼圈I，5-測(cè)力裝置，6-可松動(dòng) 螺檢，7-鋼板，8-鋼圈II，9一商強(qiáng)鋼絲，10 -固定螺檢，11 一鋼塾圈II，12-橡|父圈，13- 鋼圈III，14一角鋼II，15-鋼筋I(lǐng)I，16-混凝土結(jié)構(gòu)，17-綁扎鋼絲。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 如圖1-9所示，本實(shí)用新型是一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件，包括鋼筋 I 1，角鋼I 2,鋼墊圈I 3,鋼圈I 4,測(cè)力裝置5,可松動(dòng)螺栓6,鋼板7,鋼圈II 8,高強(qiáng)鋼絲 9,固定螺栓10,鋼墊圈II 11，橡膠圈12,鋼圈III 13,角鋼II 14,鋼筋I(lǐng)I 15。鋼筋I(lǐng) 1與角鋼 I 2的埋入混凝土結(jié)構(gòu)16中的肢端焊接，鋼墊圈I 3焊接于未埋入混凝土結(jié)構(gòu)16中的上部 和下部角鋼I 2的肢端，鋼圈I 4的一端焊接于鋼墊圈I 3的內(nèi)壁。鋼筋I(lǐng)I 15與角鋼II 14 的埋入混凝土結(jié)構(gòu)16中的肢端焊接，鋼墊圈II 11焊接于未埋入混凝土結(jié)構(gòu)16中的上部和 下部角鋼II 14的肢端，鋼圈III 13的一端焊接于鋼墊圈II 11的內(nèi)壁，未施焊的鋼墊圈II 11 的一側(cè)涂上強(qiáng)力粘結(jié)劑，并與橡膠圈12粘結(jié)牢固，在鋼圈II 8上面、下面中部各焊接一塊鋼 板7,在鋼板7和未埋入混凝土結(jié)構(gòu)16中的角鋼II 14的肢端上打孔，均勻、對(duì)稱布置若干根 高強(qiáng)鋼絲9穿過鋼板7和未埋入混凝土結(jié)構(gòu)16中的角鋼II 14的肢端，在未埋入混凝土結(jié) 構(gòu)16中的角鋼II 14的肢端一側(cè)擰緊固定螺栓10,在鋼板7 -側(cè)安置可松動(dòng)螺栓6,測(cè)力裝 置5固定連接于鋼墊圈I 3與鋼圈II 8之間，鋼墊圈II 11和鋼圈II 8之間安裝位移計(jì)。
[0026] 洲頭咀沉管隧道是廣州市一條跨越珠江的水底交通隧道，工程全長(zhǎng)3253. 034米， 其中珠江中340米長(zhǎng)為沉管段。沉管段共分四節(jié)管，每段為85米長(zhǎng)，總計(jì)340米，采用柔性 接頭連接。針對(duì)目前關(guān)于沉管隧道在各種荷載作用下的受力分析特別是地震作用下的接頭 處特性研究不夠，開展了大型隧道模型-水下接頭在多點(diǎn)地震輸入下的模擬地震振動(dòng)臺(tái)臺(tái) 陣試驗(yàn)，以便更好的把握沉管隧道水下接頭以及隧道在地震作用下的應(yīng)力、變形反應(yīng)，為洲 頭咀隧道工程的抗震驗(yàn)算提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，為我國沉管隧道抗震規(guī)范的制定提供理 論和試驗(yàn)依據(jù)。
[0027] 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)縮尺比例1 :60,混凝土隧道模型分四段，每段長(zhǎng)1400毫米，寬503毫 米，混凝土隧道模型上、下壁厚22毫米，兩側(cè)壁厚20毫米，由兩個(gè)內(nèi)徑寬220毫米，高116毫 米的矩形孔組成，鋼墊圈I 3厚20毫米，鋼圈I 4厚130毫米，鋼圈II 8厚50毫米，鋼墊圈 II 11厚20毫米，橡膠圈12厚15毫米，鋼圈III13厚50毫米，共有三個(gè)接頭，本實(shí)例中將角 鋼切割成了鋸齒形狀，為了避免澆筑混凝土?xí)r分層而使得試驗(yàn)中振動(dòng)使之拉壞。通過北京 工業(yè)大學(xué)九子臺(tái)陣多維多點(diǎn)地震振動(dòng)臺(tái)臺(tái)陣系統(tǒng)進(jìn)行了沉管隧道-水下接頭振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)， 精確地測(cè)得了接頭處的位移和軸力。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件，包括鋼筋I(lǐng) (1)、角鋼I (2)、鋼墊圈 I (3)、鋼圈I⑷、測(cè)力裝置（5)、可松動(dòng)螺栓（6)、鋼板（7)、鋼圈II (8)、高強(qiáng)鋼絲（9)、固 定螺栓（10)、鋼墊圈II (11)、橡膠圈（12)、鋼圈III (13)、角鋼II (14)和鋼筋I(lǐng)I (15)，其特征 在于：鋼墊圈和鋼圈均采用鋼材，鋼筋I(lǐng) (1)與角鋼I (2)的埋入混凝土結(jié)構(gòu)（16)中的肢 端焊接，鋼墊圈I (3)焊接于未埋入混凝土結(jié)構(gòu)（16)中的上部和下部角鋼I (2)的肢端， 鋼圈I⑷的一端焊接于鋼墊圈I⑶的內(nèi)壁潮筋I(lǐng)I (15)與角鋼II (14)的埋入混凝土結(jié) 構(gòu)（16)中的肢端焊接，鋼墊圈II (11)焊接于未埋入混凝土結(jié)構(gòu)（16)中的上部和下部角鋼 Π (14)的肢端，鋼圈III (13)的一端焊接于鋼墊圈II (11)的內(nèi)壁，未施焊的鋼墊圈II (11) 的一側(cè)涂上強(qiáng)力粘結(jié)劑，并與橡膠圈（12)粘結(jié)牢固；在鋼圈II (8)上面、下面中部各焊接一 塊鋼板（7)，在鋼板（7)和未埋入混凝土結(jié)構(gòu)（16)中的角鋼II (14)的肢端上打孔，均勻、對(duì) 稱布置若干根高強(qiáng)鋼絲（9)穿過鋼板（7)和未埋入混凝土結(jié)構(gòu)（16)中的角鋼II (14)的肢 端，在未埋入混凝土結(jié)構(gòu)（16)中的角鋼II (14)的肢端一側(cè)擰緊固定螺栓（10)，在鋼板（7) 一側(cè)安置可松動(dòng)螺栓（6)，測(cè)力裝置（5)固定連接于鋼墊圈I (3)與鋼圈II (8)之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件，其特征在于：鋼圈 Π⑶的截面形狀與鋼墊圈I (3)、鋼墊圈II (11)的截面形狀相同，并且其軸向剛度大于相 同長(zhǎng)度隧道的軸向剛度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件，其特征在于：測(cè)力 裝置（5)對(duì)稱分布于截面四個(gè)角部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件，其特征在于：高強(qiáng) 鋼絲（9)連接于隧道模型和鋼圈（8)，并且可松動(dòng)螺栓（6)和固定螺栓（10)的位置可以互 換。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件，其特征在于：橡膠 圈（12)可以換為若干彈簧均勻布置于鋼墊圈II (11)未焊接面四周，彈簧一端與鋼墊圈 Π (11)固定連接，另一端與鋼圈II (8)連接或者不連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件，其特征在于：高強(qiáng) 鋼絲（9)沿角鋼II (14)長(zhǎng)度方向上均勻、對(duì)稱布置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件，其特征在于： 鋼墊圈II (11)和鋼圈II (8)之間以及鋼圈II (8)和鋼墊圈I (3)之間內(nèi)側(cè)分別設(shè)置鋼圈 III (13)和鋼圈I (4)作為剪力鍵。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件，其特征在于： 擰動(dòng)可松動(dòng)螺栓（6)，使得鋼圈II (8)和橡膠圈（12)擠緊時(shí)，鋼圈I (4)和鋼圈III (13)之 間要留至少2厘米的空隙，避免二者碰撞。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構(gòu)件，其特征在于：鋼墊 圈II (11)和鋼圈II (8)之間安裝位移計(jì)。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK203908754SQ201420006442
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】閆維明, 陳紅娟, 張學(xué)明, 陳適才, 謝志強(qiáng), 宋林琳 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)