一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件的制作方法
【專利摘要】一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件，屬于工程試驗與測試【技術領域】。本實用新型由角鋼、鋼圈、橡膠圈、螺栓、高強鋼絲、鋼板和鋼筋組成。通過在鋼墊圈和鋼圈中設置水平方向的測力裝置來測定沉管隧道縮尺模型接頭處的軸力，同時在模擬橡膠止水帶兩側設置位移傳感器來測定接頭位移變化，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。本實用新型構造簡單，所需材料成本低廉，可以同時精確測定接頭處的軸力和位移，且不會損壞傳感器及儀器設備。
【專利說明】一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件
【技術領域】
[0001] 本實用新型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】
[0002] 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。
[0003] 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，本實用新型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。 實用新型內容
[0004] 本實用新型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。本實用新型構造簡單，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。
[0005] -種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件，包括鋼筋I 1、角鋼I 2、鋼墊圈I 3、鋼 圈I 4、測力裝置5、可松動螺栓6、薄鋼板7、鋼圈II 8、高強鋼絲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II 15,其特征在于：鋼墊圈和鋼圈均采用鋼 材，鋼筋I 1與角鋼I 2的埋入混凝土結構16中的肢端焊接，鋼墊圈I 3焊接于未埋入混 凝土結構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的內壁； 鋼筋II 15與角鋼II 14的埋入混凝土結構16中的肢端焊接，鋼墊圈II 11焊接于未埋入混 凝土結構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 壁，未施焊的鋼墊圈II 11的一側涂上強力粘結劑，并與橡膠圈12粘結牢固；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和未埋入混凝土結構16中的角鋼II 14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II 14的肢端，在未埋入混凝土結構16中的角鋼II 14的肢端一側擰緊固定螺栓10,在薄 鋼板7 -側安置可松動螺栓6,測力裝置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 大于相同長度隧道的軸向剛度。
[0007] 測力裝置5對稱分布于截面四個角部。
[0008] 高強鋼絲9連接于隧道模型和鋼圈II 8,并且可松動螺栓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] 高強鋼絲9沿角鋼II 14長度方向上均勻、對稱布置。
[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之間內側分別設置鋼圈 III 13和鋼圈I 4作為剪力鍵。
[0012] 擰動可松動螺栓6,使得鋼圈II 8和橡膠圈12擠緊時，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。
[0014] 本實用新型的有益效果為：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。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實用新型接頭構件的立面圖；
[0016] 圖2是本實用新型接頭構件的平面圖；
[0017] 圖3是本實用新型擰緊螺栓時接頭構件立面圖；
[0018] 圖4是本實用新型接頭構件鋼墊圈I 3和鋼圈I 4焊接橫截面示意圖；
[0019] 圖5是本實用新型接頭構件鋼墊圈II 11、橡膠圈12和鋼圈III 13連接橫截面示意 圖；
[0020] 圖6是本實用新型實例的隧道模型橫截面詳細尺寸圖；
[0021] 圖7是本實用新型實例的隧道模型-接頭布置示意圖；
[0022] 圖8是本實用新型實例的接頭三維示意圖；
[0023] 圖9是本實用新型接頭構件角鋼與鋼筋焊接圖；
[0024] 圖中：1 一鋼筋I，2-角鋼I，3-鋼塾圈I，4一鋼圈I，5-測力裝置，6-可松動 螺檢，7-鋼板，8-鋼圈II，9一商強鋼絲，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II，16-混凝土結構，17-綁扎鋼絲。
【具體實施方式】
[0025] 如圖1-9所示，本實用新型是一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件，包括鋼筋 I 1，角鋼I 2,鋼墊圈I 3,鋼圈I 4,測力裝置5,可松動螺栓6,鋼板7,鋼圈II 8,高強鋼絲 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II 15。鋼筋I 1與角鋼 I 2的埋入混凝土結構16中的肢端焊接，鋼墊圈I 3焊接于未埋入混凝土結構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的內壁。鋼筋II 15與角鋼II 14 的埋入混凝土結構16中的肢端焊接，鋼墊圈II 11焊接于未埋入混凝土結構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的內壁，未施焊的鋼墊圈II 11 的一側涂上強力粘結劑，并與橡膠圈12粘結牢固，在鋼圈II 8上面、下面中部各焊接一塊鋼 板7,在鋼板7和未埋入混凝土結構16中的角鋼II 14的肢端上打孔，均勻、對稱布置若干根 高強鋼絲9穿過鋼板7和未埋入混凝土結構16中的角鋼II 14的肢端，在未埋入混凝土結 構16中的角鋼II 14的肢端一側擰緊固定螺栓10,在鋼板7 -側安置可松動螺栓6,測力裝 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。
[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3253. 034米， 其中珠江中340米長為沉管段。沉管段共分四節管，每段為85米長，總計340米，采用柔性 接頭連接。針對目前關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-水下接頭在多點地震輸入下的模擬地震振動臺臺 陣試驗，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力、變形反應，為洲 頭咀隧道工程的抗震驗算提供強有力的技術支持，為我國沉管隧道抗震規范的制定提供理 論和試驗依據。
[0027] 振動臺試驗縮尺比例1 :60,混凝土隧道模型分四段，每段長1400毫米，寬503毫 米，混凝土隧道模型上、下壁厚22毫米，兩側壁厚20毫米，由兩個內徑寬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，共有三個接頭，本實例中將角 鋼切割成了鋸齒形狀，為了避免澆筑混凝土時分層而使得試驗中振動使之拉壞。通過北京 工業大學九子臺陣多維多點地震振動臺臺陣系統進行了沉管隧道-水下接頭振動臺試驗， 精確地測得了接頭處的位移和軸力。
【權利要求】
1. 一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件，包括鋼筋I (1)、角鋼I (2)、鋼墊圈 I (3)、鋼圈I⑷、測力裝置（5)、可松動螺栓（6)、鋼板（7)、鋼圈II (8)、高強鋼絲（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II (15)，其特征 在于：鋼墊圈和鋼圈均采用鋼材，鋼筋I (1)與角鋼I (2)的埋入混凝土結構（16)中的肢 端焊接，鋼墊圈I (3)焊接于未埋入混凝土結構（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的內壁潮筋II (15)與角鋼II (14)的埋入混凝土結 構（16)中的肢端焊接，鋼墊圈II (11)焊接于未埋入混凝土結構（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)的內壁，未施焊的鋼墊圈II (11) 的一側涂上強力粘結劑，并與橡膠圈（12)粘結牢固；在鋼圈II (8)上面、下面中部各焊接一 塊鋼板（7)，在鋼板（7)和未埋入混凝土結構（16)中的角鋼II (14)的肢端上打孔，均勻、對 稱布置若干根高強鋼絲（9)穿過鋼板（7)和未埋入混凝土結構（16)中的角鋼II (14)的肢 端，在未埋入混凝土結構（16)中的角鋼II (14)的肢端一側擰緊固定螺栓（10)，在鋼板（7) 一側安置可松動螺栓（6)，測力裝置（5)固定連接于鋼墊圈I (3)與鋼圈II (8)之間。
2. 根據權利要求1所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件，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 同長度隧道的軸向剛度。
3. 根據權利要求1所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件，其特征在于：測力 裝置（5)對稱分布于截面四個角部。
4. 根據權利要求1所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件，其特征在于：高強 鋼絲（9)連接于隧道模型和鋼圈（8)，并且可松動螺栓（6)和固定螺栓（10)的位置可以互 換。
5. 根據權利要求1所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件，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. 根據權利要求1所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件，其特征在于：高強 鋼絲（9)沿角鋼II (14)長度方向上均勻、對稱布置。
7. 根據權利要求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)之間內側分別設置鋼圈 III (13)和鋼圈I (4)作為剪力鍵。
8. 根據權利要求1或5所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件，其特征在于： 擰動可松動螺栓（6)，使得鋼圈II (8)和橡膠圈（12)擠緊時，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. 根據權利要求1所述的一種用于模擬沉管隧道柔性接頭的構件，其特征在于：鋼墊 圈II (11)和鋼圈II (8)之間安裝位移計。
【文檔編號】G01M13/00GK203908754SQ201420006442
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年1月6日 優先權日:2014年1月6日
【發明者】閆維明, 陳紅娟, 張學明, 陳適才, 謝志強, 宋林琳 申請人:北京工業大學