复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，其特征在于，包括：接头本体，所述接头本体内设有中空浇筑腔，所述接头本体具有等径段以及分别位于所述等径段相对两端的扩径段和缩径段，其中，所述扩径段用于卡入先安装的第一复合材料叠合衬砌构件的第一连接腔体内且与所述第一连接腔体过盈配合，所述缩径段用于导入后安装的第二复合材料叠合衬砌构件的第二连接腔体内。本发明的变径接头可使得第一复合材料叠合衬砌构件和第二复合材料叠合衬砌构件定位并紧密且紧固连接，相较于现有技术，安装便利，使得复合材料叠合衬砌构件的安装和力学性能得到提升，具有较强的抗拉能力和抗压力。
【专利说明】复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头
【技术领域】
[0001] 本发明属于构件连接【技术领域】，特别是涉及一种实现复合材料叠合衬砌构件连接 的变径接头。
【背景技术】
[0002] 盾构法管片拼装隧道施工工艺已经被大量应用于国内、外的地铁、公路、排水等隧 道工程中。然而，因为该工艺采用圆形、分段螺栓拼装结构方案，其受力结构呈现为多铰不 连续圆拱结构，严重依赖侧向拱推力的存在，当出现局部超载、周边水土流失或侧边意外卸 载等，都会导致该结构产生较大变形，严重者会使结构进入非线性大位移受力状态，其结构 的安全性、可靠性和耐久性将受到严重丢失，如没有立刻采取有效补救措施，最终将导致结 构失效，造成隧道坍塌事故隐患。为摆脱这种风险，提高管片结构自身的整体抗力是一个重 要、有效的途径。而对正常运营隧道结构加固正面临诸多条件限制：允许加固时间短、空间 狭窄、机械设备使用困难。
[0003] 应前述隧道补强的需要，产生了一种复合材料叠合衬砌结构在隧道内进行加固。 复合材料叠合衬砌结构是一种复合材料叠合衬砌构件与钢筋混凝土构件通过特殊工艺组 合形成的新型土木工程结构形式。经过实验已经证明其具有优异的力学性能和良好的工艺 适应性。该结构能在空间狭窄、允许加固时间短等苛刻条件下，实现隧道的快速加固，并大 幅提高隧道整体刚度和承载力，占用空间小、不影响隧道正常使用。
[0004] 但是，在复合材料叠合衬砌结构中，复合材料叠合衬砌构件是非整环结构，而是分 段组装式的构件，这样势必需要将各个复合材料叠合衬砌构件叠合及连接起来，而在现有 技术中，多采用普通的连接接头实现复合材料叠合衬砌构件的连接，普通的连接接头结构 强度低且连接操作繁杂，进一步地，在符合材料构件连接完之后，也易出现复合材料叠合衬 砌构件间的不连续性问题，所述不连续性既包括灌浆过程中的管路不连续，也包括复合材 料叠合衬砌构件力学性能的突然间断，这是我们极力需要避免的。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，以解决现 有技术中连接接头安装繁杂且复合材料叠合衬砌构件间的连接存在不连续性等问题。
[0006] 为解决上述技术问题及其他技术问题，本发明提供一种复合材料叠合衬砌构件连 接用的变径接头，包括：接头本体，所述接头本体内设有中空浇筑腔，所述接头本体具有等 径段以及分别位于所述等径段相对两端的扩径段和缩径段，所述扩径段用于卡入先安装的 第一复合材料叠合衬砌构件的连接腔体内且与所述连接腔体过盈配合，所述缩径段用于导 入后安装的第二复合材料叠合衬砌构件的连接腔体内。
[0007] 本发明复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，设计为三段式结构，包括等径 段以及分别位于所述等径段相对两端的扩径段和缩径段，利用扩径段卡入第一复合材料叠 合衬砌构件的连接腔体内，利用缩径段置入第二复合材料叠合衬砌构件的连接腔体内导入 后安装的第二复合材料叠合衬砌构件的连接腔体内，利用等径段分别与第一复合材料叠合 衬砌构件2和第二复合材料叠合衬砌构件3粘结，再通过灌浆而使得第一复合材料叠合衬 砌构件和第二复合材料叠合衬砌构件定位并紧密且紧固连接，使得复合材料叠合衬砌构件 成为有效的整体结构，相较于现有技术，安装便利且确保复合材料叠合衬砌构件间的连接 连续且具有较强的抗拉能力和抗压力。
[0008] 本发明复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头的进一步改进在于，所述接头本 体为薄壁钢管。
[0009] 本发明复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头的进一步改进在于，所述等径段 的外围包覆有复合材料结构。
[0010] 本发明复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头的进一步改进在于，所述复合材 料结构包括碳纤维复合材料层，所述碳纤维复合材料层是在高温高压环境下利用碳纤维通 过反复喷胶和反复缠绕而形成的。
[0011] 本发明复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头的进一步改进在于，所述扩径段 的外围贴覆有钢板。
[0012] 本发明复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头的进一步改进在于，所述接头本 体的断面为三角形、矩形、圆形、梯形、或多边形。
[0013] 本发明复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头的进一步改进在于，所述等径段 置于所述第一复合材料叠合衬砌构件的连接腔体和/或所述第二复合材料叠合衬砌构件 的连接腔体内后与所述第一复合材料叠合衬砌构件的连接腔体的内壁和/或所述第二复 合材料叠合衬砌构件的连接腔体的内壁之间具有供涂抹结构胶体的间隙。
[0014] 本发明复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头的进一步改进在于，其特征在 于，所述扩径段与所述等径段之间还包括外扩连接段，所述外扩连接段具有外扩坡度。
[0015] 本发明复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头的进一步改进在于，所述缩径段 为由所述等径段延伸渐缩的榫头结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明变径接头在一个实施方式中的基本结构图；
[0017] 图2为图1的断面示意图；
[0018] 图3为图1中的变径接头应用于两个复合材料叠合衬砌构件连接中的结构示意 图：以及
[0019] 图4为图3中A- A方向的侧面示意图。
【具体实施方式】
[0020] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0021] 请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明 的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形 状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布 局型态也可能更为复杂。
[0022] 本发明变径接头是应用于构件连接【技术领域】中，具体地，是作为复合材料叠合衬 砌构件连接用的接头，实现复合材料叠合衬砌构件相互之间的紧密且紧固连接并保持较佳 的连续性，使得复合材料叠合衬砌构件成为有效的整体结构，确保复合材料叠合衬砌构件 间的连接连续且具有较强的抗拉能力和抗压力。
[0023] 请参阅图1，显示为本发明变径接头在一个实施方式中的基本结构图。如图1所 示，变径接头1包括：接头本体11，接头本体11内设有中空浇筑腔12,进一步地，接头本体 11具有等径段111以及分别位于等径段111相对两端的扩径段113和缩径段115。
[0024] 为满足强度要求，接头本体11本身优选为薄壁钢管。
[0025] 扩径段113是由等径段111的后端外扩而延伸形成的，因此，扩径段113与等径段 111之间还包括外扩连接段117,该外扩连接段117具有外扩坡度。在本实施例中，扩径段 113的尺寸是与先安装的第一复合材料叠合衬砌构件的连接腔体的内壁尺寸相匹配，较佳 地，扩径段113与所述连接腔体形成过盈配合，S卩，所述连接腔体的公差带在扩径段113的 公差带之下（扩径段113的尺寸要略大于所述连接腔体的尺寸）。另外，在必要时，在扩径 段113的外围还可贴覆钢板，从而满足与第一复合材料叠合衬砌构件的连接腔体的内壁尺 寸相匹配和/或连接强度的要求。
[0026] 缩径段115是由等径段111的前端延伸渐缩的榫头结构，如此，可利用该榫头结构 对后安装的第二复合材料叠合衬砌构件的连接腔体形成引导作用，使得后安装的复合材料 叠合衬砌构件滑入变径接头1。
[0027] 等径段111是作为变径接头1的主体部分，在本实施例中，等径段111的外围另包 覆有复合材料结构13,所述复合材料结构优选为碳纤维复合材料层。在实际应用中，碳纤维 复合材料层13是在高温高压环境下利用碳纤维通过反复喷胶和反复缠绕而形成的，如此， 等径段111结合自身钢管结构和碳纤维复合材料包覆层，提供良好的抗拉性能。另外，等径 段111的尺寸要略小于第一复合材料叠合衬砌构件的连接腔体和第二复合材料叠合衬砌 构件的连接腔体，当等径段111置于第一复合材料叠合衬砌构件的连接腔体内和第二复合 材料叠合衬砌构件的连接腔体内之后，等径段111分别后与所述第一复合材料叠合衬砌构 件的连接腔体的内壁和所述第二复合材料叠合衬砌构件的连接腔体的内壁之间存在一定 的间隙，可利用所述间隙，适应相接的两个复合材料叠合衬砌构件之间产生的角度偏差，并 可在所述间隙内涂抹粘结用的结构胶体（例如强力胶），以此使得等径段111与所述连接腔 体的内壁和所述连接腔体的内壁紧固粘结。利用结构胶体粘结，正好满足两个复合材料叠 合衬砌构件中连接腔体的贯通连接和复合材料叠合衬砌构件在结构力学性能的延续传递。
[0028] 还需说明的是，变径接头1的断面形式可根据应用场景、连接强度、或自身长度和 尺寸等而有不同的变化，可分为三角形、矩形、圆形、梯形、或多边形等。图2即为图1中变 径接头1在一个实施中的断面示意图，在图2所示的实施例中，变径接头1的断面为方形。
[0029] 以下对结合图3和图4,对本发明变径接头在复合材料叠合衬砌构件连接中的应 用进行详细说明。
[0030] 先进行结构预拼装：
[0031] 判别灌浆方向，确定接头安装方向。变径接头1的方向应与灌浆方向保持统一：变 径接头1尾端的扩径段113应为浆液入口，变径接头1前端的缩径段115应为浆液排出口， 即，扩径段113应安装于灌浆前段的第一复合材料叠合衬砌构件2,缩径段115应插入灌浆 后段的第二复合材料叠合衬砌构件3。
[0032] 再进行正式拼装：
[0033] 将变径接头1中间的等径段111包覆有碳纤维复合材料层13的外部和待连接的 两个复合材料叠合衬砌构件的连接腔体内涂抹结构胶体（例如强力胶），手持缩径段115并 将扩径段113卡入先安装的第一复合材料叠合衬砌构件2的连接腔体内直至限位处，如此， 通过扩径段113与所述连接腔体形成过盈配合，使得扩径段113可以较为贴合地卡在连接 腔体的内壁，利于变径接头1的安装和稳定。
[0034] 利用缩径段115,引导后安装的第二复合材料叠合衬砌构件3端头，使得缩径段 115和其后的等径段111插入后安装的第二复合材料叠合衬砌构件3的连接腔体内。
[0035] 拼装两个复合材料叠合衬砌构件就位（可以借助定位钢棒4)，利用涂抹于等径段 111的结构胶体而将变径接头1与第一复合材料叠合衬砌构件2和第二复合材料叠合衬砌 构件3粘结，再对两个复合材料叠合衬砌构件连接处（该连接处P基本位于等径段111的 中间区域）的空隙进行密封。
[0036] 安装连接完成。
[0037] 后续，在安装连接完成后进行灌浆，变径接头1与第一、第二复合材料叠合衬砌构 件2、3内充满浆液，凝固并达到设计强度后，变径接头1可提供与第一、第二复合材料叠合 衬砌构件2、3基本等同的抗压性能。
[0038] 通过安装实践证明，本发明复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，可提高复 合材料叠合衬砌构件在灌的贯通性和结构力学的延续性，在实尺寸管片加固加载试验中得 到了验证，复合材料叠合衬砌构件在本发明变径接头连接作用下，连接点未发生任何剥离 或脱落，可满足两复合材料叠合衬砌构件安装时因错台、偏斜等产生的角度偏差（4。以内） 或10mm左右的缝隙。复合材料叠合衬砌构件连接腔内楽体密实，达到了良好的连接效果。
[0039] 综上所述，本发明复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，设计为三段式结构， 包括等径段以及分别位于所述等径段相对两端的扩径段和缩径段，利用扩径段卡入第一复 合材料叠合衬砌构件的连接腔体内，利用缩径段置入第二复合材料叠合衬砌构件的连接腔 体内导入后安装的第二复合材料叠合衬砌构件的连接腔体内，利用等径段分别与第一复合 材料叠合衬砌构件2和第二复合材料叠合衬砌构件3粘结，再通过灌浆而使得第一复合材 料叠合衬砌构件和第二复合材料叠合衬砌构件定位并紧密且紧固连接，使得复合材料叠合 衬砌构件成为有效的整体结构，相较于现有技术，安装便利且确保复合材料叠合衬砌构件 间的连接连续且具有较强的抗拉能力和抗压力。
[0040] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因 此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1. 一种复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，其特征在于，包括：接头本体，所述 接头本体内设有中空浇筑腔，所述接头本体具有等径段以及分别位于所述等径段相对两端 的扩径段和缩径段，其中，所述扩径段用于卡入先安装的第一复合材料叠合衬砌构件的连 接腔体内且与所述连接腔体过盈配合，所述缩径段用于导入后安装的第二复合材料叠合衬 砌构件的连接腔体内。
2. 根据权利要求1所述的复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，其特征在于，所 述接头本体为薄壁钢管。
3. 根据权利要求2所述的复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，其特征在于，所 述等径段的外围包覆有复合材料结构。
4. 根据权利要求3所述的复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，其特征在于，所 述复合材料结构包括碳纤维复合材料层，所述碳纤维复合材料层是在高温高压环境下利用 碳纤维通过反复喷胶和反复缠绕而形成的。
5. 根据权利要求2或3所述的复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，其特征在于， 所述扩径段的外围贴覆有钢板。
6. 根据权利要求2所述的复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，其特征在于，所 述接头本体的断面为三角形、矩形、圆形、梯形、或多边形。
7. 根据权利要求1所述的复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，其特征在于，所 述等径段置于所述第一复合材料叠合衬砌构件的连接腔体和/或所述第二复合材料叠合 衬砌构件的连接腔体内后与所述第一复合材料叠合衬砌构件的连接腔体的内壁和/或所 述第二复合材料叠合衬砌构件的连接腔体的内壁之间具有供涂抹结构胶体的间隙。
8. 根据权利要求1或7所述的复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，其特征在于， 所述扩径段与所述等径段之间还包括外扩连接段，所述外扩连接段具有外扩坡度。
9. 根据权利要求8所述的复合材料叠合衬砌构件连接用的变径接头，其特征在于，所 述缩径段为由所述等径段延伸渐缩的榫头结构。
【文档编号】E21D11/00GK104088649SQ201410300749
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】张衍, 朱卫杰, 万敏, 宿文德, 朱桔妹, 王俊淞, 胡超荣 申请人:上海隧道工程股份有限公司