CN113006143A - 悬浮隧道管节接头结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了悬浮隧道管节接头结构,包括对接前后两段管节的管节接头;管节接头首尾之间通过两种抗力键、预应力锚索、密封减震结构连接,配套的抗力键之间安装有止水结构及减震橡胶支座,保证其减震缓冲性能的同时也满足管节之间的止水能力。本发明的悬浮隧道连接构件,与传统沉管连接隧道接头相比,将传统沉管隧道的抗力键扩展,设置沿轴向、径向和环向三个方向的抗力键,能够适应复杂海洋环境下水中悬浮隧道所产的振动和变形,同时满足悬浮隧道管节间水密性的需求,保证管节间不会由于错动而发生渗漏。
Description
技术领域
本发明涉及一种悬浮隧道接头结构形式。
背景技术
悬浮隧道又称为阿基米德桥,是一种根据阿基米德原理利用浮力支撑隧道自重荷载和交通荷载的大型跨水域交通构筑物,主要用于解决深水域和宽水域的跨越问题。其优势在于,技术上悬浮隧道不受跨度和水深的限制,可建在长跨度、水位深、岸坡陡峭的位置,并且其单位长度造价不随跨度增加而增加。但悬浮隧道目前在世界上尚未形成***、完备的理论体系,需要突破长跨度悬浮隧道结构承载力特性、恶劣海况下结构支撑***稳定性、管节间连接等重大核心科学难题,以及结构设计标准体系制定、高韧性高强度特殊结构新材料研发、深水复杂条件施工工艺、工法、装备制造、风险评估等一系列工程技术问题。但悬浮隧道本身所具有的优势,注定其必将拥有十分广阔的应用前景。
管节之间的连接是悬浮隧道乃至于所有水下结构中十分关键的环节,目前国内外水下构件连接形式的研究主要集中在沉管隧道、盾构隧道等类似水下结构,针对悬浮隧道管节间连接方式的研究较少。沉管隧道的管节接头包括中间接头、岸边接头和最终接头,一般情况下,中间接头广泛采用柔性接头,而岸边接头和最终接头则主要选用刚性接头。在港珠澳大桥的建设中,设计者更是创新性地提出了半刚性接头的概念。
悬浮隧道与沉管隧道都属于水下结构,但悬浮隧道的工作环境与沉管隧道工作环境有较大区别。水中悬浮隧道通常处于水下十几米至几十米的深度,伴随着复杂的海洋环境,如波浪、洋流等,在环境荷载的作用下管节之间会产生复杂相对运动,导致管节之间发生错动、张开等情况影响管节受力。同时,由于悬浮隧道整体为细长结构,故其纵向刚度不宜过大,应使用柔性连接结构保证管节间都可以发生在一定允许范围内的变形。沉管隧道连接接头,虽然采用柔性连接但其自由度和变形能力并不能满足悬浮隧道的需求。
大型海上浮式结构物(Very Large Floating Structures,VLFS)是指那些尺度以公里的海洋浮式结构,由于VLFS的尺度巨大,显然不可能整体制作,因此VLFS必然是一个模块化结构,需要通过特殊设计的连接构件将各个模块连接起来。国内外学者也针对VLFS的连接构件展开了研究,由于VLFS所处工作环境也受波浪和洋流的影响,其位移和运动方式与悬浮隧道有相似之处。但由于基本结构形式、尺度及工作环境还是存在一定差异,则其连接构件形式也不能直接满足悬浮隧道的需求。
目前也有也关于悬浮隧道连接构件的研究和发明,但其大多都是基于沉管隧道接头形式进行改进,并未针对悬浮隧道具有的特殊运动形式进行发明。故应寻找一种,能适用于悬浮隧道管节间连接的新的方式连接方式,满足其在环境荷载作用下相对运动和受力十分重要,同时保证管节之间的水密性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好的消能减震性能和柔性变形能力的悬浮隧道管节接头结构。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的,悬浮隧道管节接头结构,包括接头首部和接头尾部。
所述接头首部包括圆筒Ⅰ、若干扭力键Ⅰ和剪力键Ⅰ,扭力键Ⅰ为外径与圆筒Ⅰ外径一致的弧形板,若干扭力键Ⅰ连接到圆筒Ⅰ的一个端面上,若干扭力键Ⅰ沿圆筒Ⅰ的周向等间距布置。
所述剪力键Ⅰ为圆环结构,剪力键Ⅰ固定在圆筒Ⅰ连接有扭力键Ⅰ的端面上,每个扭力键Ⅰ均位于剪力键Ⅰ的外侧且均与剪力键Ⅰ存在间隙。
所述接头尾部包括圆筒Ⅱ、若干扭力键Ⅱ和剪力键Ⅱ,扭力键Ⅱ为外径与圆筒Ⅱ外径一致的弧形板,若干扭力键Ⅱ连接到圆筒Ⅱ的一个端面上,若干扭力键Ⅱ沿圆筒Ⅱ的周向等间距布置。
所述剪力键Ⅱ为圆环结构,剪力键Ⅱ固定在圆筒Ⅱ连接有扭力键Ⅱ的端面上,每个扭力键Ⅱ均位于剪力键Ⅱ的外侧。
所述接头首部和接头尾部分别与两个管节连接,若干扭力键Ⅰ分别嵌入若干扭力键Ⅱ之间的间隙内,剪力键Ⅱ嵌入剪力键Ⅰ与若干扭力键Ⅰ之间的间隙内。
所述剪力键Ⅰ与圆筒Ⅱ之间采用若干预应力锚索连接,剪力键Ⅱ与圆筒Ⅰ之间采用若干预应力锚索连接。
进一步,每个所述扭力键Ⅰ与其相邻的扭力键Ⅱ之间设置有橡胶支座。
进一步,所述剪力键Ⅰ与剪力键Ⅱ之间设置有橡胶圈。
进一步,所述剪力键Ⅰ与圆筒Ⅱ之间设置有止水带,剪力键Ⅱ与圆筒Ⅰ之间设置有止水带,每个止水带上均设置有若干供预应力锚索穿过的通孔,若干预应力锚索穿过这些通孔并进行密封处理。
进一步,每个所述扭力键Ⅰ的外凸面均与圆筒Ⅰ的外壁对齐,每个扭力键Ⅱ的外凸面均与圆筒Ⅱ的外壁对齐,剪力键Ⅰ的内壁与圆筒Ⅰ的内壁对齐。
本发明的有益效果在于:
1.本发明的水中悬浮隧道连接构件,相较于传统的沉管隧道接头相比,其改变了抗力键的结构形式,增加了扭力键结构,形成多道复合止水结构,能够满足复杂海洋环境下水中悬浮隧道管节间所产生的振动和相对位移变形;
2.本发明的水中悬浮隧道连接构件,使用多道止水结构,止水结构间相对复合作用,可以保证当管件发生相对运动时,管节接头间的止水结构总能保证部分起作用,满足悬浮隧道管节间水密性的需求,保证管节间不会由于错动而发生渗漏;
3.本发明的水中悬浮隧道连接构件,采用半柔性半刚性的连接思路,其中抗力键间的橡胶支座提供柔性连接,而限位键结构的存在为连接构件提供刚性连接。这种半柔性半刚性的连接方式,在保证管节之间的相对运动和变形,同时也能限制管节之间不发生过大的位移。
附图说明
图1为本发明结构的三维图;
图2为本发明结构的正视图;
图3为接头首部的三维图;
图4为接头首部的侧视图;
图5为接头尾部的侧视图;
图6为本发明结构的局部剖视图。
图中:接头首部1、圆筒Ⅰ101、扭力键Ⅰ102、剪力键Ⅰ103、接头尾部2、圆筒Ⅱ201、扭力键Ⅱ202、剪力键Ⅱ203、橡胶支座3、橡胶圈4、止水带5、管节6和预应力锚索7。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1:
本实施例公开了悬浮隧道管节接头结构,包括接头首部1和接头尾部2。
参见图3或4,所述接头首部1包括圆筒Ⅰ101、若干扭力键Ⅰ102和剪力键Ⅰ103,扭力键Ⅰ102为外径与圆筒Ⅰ101外径一致的弧形板,若干扭力键Ⅰ102连接到圆筒Ⅰ101的一个端面上,若干扭力键Ⅰ102沿圆筒Ⅰ101的周向等间距布置,每个扭力键Ⅰ102的外凸面均与圆筒Ⅰ101的外壁对齐。
所述剪力键Ⅰ103为圆环结构,剪力键Ⅰ103固定在圆筒Ⅰ101连接有扭力键Ⅰ102的端面上,剪力键Ⅰ103的内壁与圆筒Ⅰ101的内壁对齐,每个扭力键Ⅰ102均位于剪力键Ⅰ103的外侧且均与剪力键Ⅰ103存在间隙。
参见图5,所述接头尾部2包括圆筒Ⅱ201、若干扭力键Ⅱ202和剪力键Ⅱ203,扭力键Ⅱ202为外径与圆筒Ⅱ201外径一致的弧形板,若干扭力键Ⅱ202连接到圆筒Ⅱ201的一个端面上,若干扭力键Ⅱ202沿圆筒Ⅱ201的周向等间距布置,每个扭力键Ⅱ202的外凸面均与圆筒Ⅱ201的外壁对齐。
所述剪力键Ⅱ203为圆环结构,剪力键Ⅱ203固定在圆筒Ⅱ201连接有扭力键Ⅱ202的端面上,每个扭力键Ⅱ202均位于剪力键Ⅱ203的外侧。
参见图1或2,所述接头首部1和接头尾部2分别与两个管节6连接,若干扭力键Ⅰ102分别嵌入若干扭力键Ⅱ202之间的间隙内,剪力键Ⅱ203嵌入剪力键Ⅰ103与若干扭力键Ⅰ102之间的间隙内。
所述剪力键Ⅰ103与圆筒Ⅱ201之间采用若干预应力锚索7连接,剪力键Ⅱ203与圆筒Ⅰ101之间采用若干预应力锚索7连接,预应力锚索7用于抵抗接头首部1和接头尾部2之间的轴向荷载。
参见图6,每个所述扭力键Ⅰ102与其相邻的扭力键Ⅱ202之间设置有橡胶支座3,当两个管节6发生相对转动时,橡胶支座3受力,起到缓冲和减震的作用。
所述剪力键Ⅰ103与剪力键Ⅱ203之间设置有橡胶圈4,当两个管节6发生相对错动时,橡胶圈4受力,起到缓冲和减震的作用。
安装所述橡胶支座3和橡胶圈4,能将刚性接头转化为半刚半柔性接头,能减小接头的刚度从而降低局部应力,同时还能起到减少管节振动和运动加速度的作用,保证管节接头的安全性及适用性。
所述剪力键Ⅰ103与圆筒Ⅱ201之间设置有止水带5,剪力键Ⅱ203与圆筒Ⅰ101之间设置有止水带5,在接头完成水力压接的情况下,保障管节接头的水密性。每个所述止水带5上均设置有若干供预应力锚索7穿过的通孔,若干预应力锚索7穿过这些通孔并进行密封处理。
值得说明的是,本实施例公开的悬浮隧道管节接头结构能够满足复杂海洋环境下水中悬浮隧道管节间所产生的振动和相对位移变形,同时其设置的止水结构可以满足悬浮隧道管节间水密性的需求,保证管节间不会由于错动而发生渗漏。
实施例2:
本实施例公开了悬浮隧道管节接头结构,包括接头首部1和接头尾部2。
参见图3或4,所述接头首部1包括圆筒Ⅰ101、若干扭力键Ⅰ102和剪力键Ⅰ103,扭力键Ⅰ102为外径与圆筒Ⅰ101外径一致的弧形板,若干扭力键Ⅰ102连接到圆筒Ⅰ101的一个端面上,若干扭力键Ⅰ102沿圆筒Ⅰ101的周向等间距布置。
所述剪力键Ⅰ103为圆环结构,剪力键Ⅰ103固定在圆筒Ⅰ101连接有扭力键Ⅰ102的端面上,每个扭力键Ⅰ102均位于剪力键Ⅰ103的外侧且均与剪力键Ⅰ103存在间隙。
参见图5,所述接头尾部2包括圆筒Ⅱ201、若干扭力键Ⅱ202和剪力键Ⅱ203,扭力键Ⅱ202为外径与圆筒Ⅱ201外径一致的弧形板,若干扭力键Ⅱ202连接到圆筒Ⅱ201的一个端面上,若干扭力键Ⅱ202沿圆筒Ⅱ201的周向等间距布置。
所述剪力键Ⅱ203为圆环结构,剪力键Ⅱ203固定在圆筒Ⅱ201连接有扭力键Ⅱ202的端面上,每个扭力键Ⅱ202均位于剪力键Ⅱ203的外侧。
参见图1或2,所述接头首部1和接头尾部2分别与两个管节6连接,若干扭力键Ⅰ102分别嵌入若干扭力键Ⅱ202之间的间隙内,剪力键Ⅱ203嵌入剪力键Ⅰ103与若干扭力键Ⅰ102之间的间隙内。
所述剪力键Ⅰ103与圆筒Ⅱ201之间采用若干预应力锚索7连接,剪力键Ⅱ203与圆筒Ⅰ101之间采用若干预应力锚索7连接。
实施例3:
本实施例主要结构同实施例2,进一步,参见图6,每个所述扭力键Ⅰ102与其相邻的扭力键Ⅱ202之间设置有橡胶支座3。
实施例4:
本实施例主要结构同实施例3,进一步,参见图6,所述剪力键Ⅰ103与剪力键Ⅱ203之间设置有橡胶圈4。
实施例5:
本实施例主要结构同实施例4,进一步,参见图6,所述剪力键Ⅰ103与圆筒Ⅱ201之间设置有止水带5,剪力键Ⅱ203与圆筒Ⅰ101之间设置有止水带5,每个止水带5上均设置有若干供预应力锚索7穿过的通孔,若干预应力锚索7穿过这些通孔并进行密封处理。
实施例6:
本实施例主要结构同实施例5,进一步,每个所述扭力键Ⅰ102的外凸面均与圆筒Ⅰ101的外壁对齐,每个扭力键Ⅱ202的外凸面均与圆筒Ⅱ201的外壁对齐,剪力键Ⅰ103的内壁与圆筒Ⅰ101的内壁对齐。
Claims (5)
1.悬浮隧道管节接头结构,其特征在于:包括所述接头首部(1)和接头尾部(2);
所述接头首部(1)包括圆筒Ⅰ(101)、若干扭力键Ⅰ(102)和剪力键Ⅰ(103),扭力键Ⅰ(102)为外径与圆筒Ⅰ(101)外径一致的弧形板,若干扭力键Ⅰ(102)连接到圆筒Ⅰ(101)的一个端面上,若干扭力键Ⅰ(102)沿圆筒Ⅰ(101)的周向等间距布置;
所述剪力键Ⅰ(103)为圆环结构,剪力键Ⅰ(103)固定在圆筒Ⅰ(101)连接有扭力键Ⅰ(102)的端面上,每个扭力键Ⅰ(102)均位于剪力键Ⅰ(103)的外侧且均与剪力键Ⅰ(103)存在间隙;
所述接头尾部(2)包括圆筒Ⅱ(201)、若干扭力键Ⅱ(202)和剪力键Ⅱ(203),扭力键Ⅱ(202)为外径与圆筒Ⅱ(201)外径一致的弧形板,若干扭力键Ⅱ(202)连接到圆筒Ⅱ(201)的一个端面上,若干扭力键Ⅱ(202)沿圆筒Ⅱ(201)的周向等间距布置;
所述剪力键Ⅱ(203)为圆环结构,剪力键Ⅱ(203)固定在圆筒Ⅱ(201)连接有扭力键Ⅱ(202)的端面上,每个扭力键Ⅱ(202)均位于剪力键Ⅱ(203)的外侧;
所述接头首部(1)和接头尾部(2)分别与两个管节(6)连接,若干扭力键Ⅰ(102)分别嵌入若干扭力键Ⅱ(202)之间的间隙内,剪力键Ⅱ(203)嵌入剪力键Ⅰ(103)与若干扭力键Ⅰ(102)之间的间隙内;
所述剪力键Ⅰ(103)与圆筒Ⅱ(201)之间采用若干预应力锚索(7)连接,剪力键Ⅱ(203)与圆筒Ⅰ(101)之间采用若干预应力锚索(7)连接。
2.根据权利要求1所述的悬浮隧道管节接头结构,其特征在于:每个所述扭力键Ⅰ(102)与其相邻的扭力键Ⅱ(202)之间设置有橡胶支座(3)。
3.根据权利要求1或2所述的悬浮隧道管节接头结构,其特征在于:所述剪力键Ⅰ(103)与剪力键Ⅱ(203)之间设置有橡胶圈(4)。
4.根据权利要求2或3所述的悬浮隧道管节接头结构,其特征在于:所述剪力键Ⅰ(103)与圆筒Ⅱ(201)之间设置有止水带(5),剪力键Ⅱ(203)与圆筒Ⅰ(101)之间设置有止水带(5),每个止水带(5)上均设置有若干供预应力锚索(7)穿过的通孔,若干预应力锚索(7)穿过这些通孔并进行密封处理。
5.根据权利要求1所述的悬浮隧道管节接头结构,其特征在于:每个所述扭力键Ⅰ(102)的外凸面均与圆筒Ⅰ(101)的外壁对齐,每个扭力键Ⅱ(202)的外凸面均与圆筒Ⅱ(201)的外壁对齐,剪力键Ⅰ(103)的内壁与圆筒Ⅰ(101)的内壁对齐。
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