一种提高盾构隧道韧性性能的螺栓结构及螺栓的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种螺栓，特别涉及一种提高盾构隧道韧性性能的螺栓结构及螺栓。


背景技术：

[0002]
目前，随着我国经济的迅速发展，地下隧道建设的需求日益增长。隧道建设区域的扩展，为隧道建设提出了更高的要求，尤其是抗震设防烈度较大的地区，提高隧道的抗震性能是隧道建设面临的重大课题。20世纪以来，世界上发生的数次强震对人类生命财产安全构成了巨大威胁。地震震害资料表明,当地震烈度达7度时,隧道易发生不同程度的破坏,且结构的修复极其困难。1995年日本阪神7.2级地震中,震区隧道破坏率超过10％。2008年中国汶川8.0级地震中，位于震中附近的多座隧道出现了明显的衬砌错位破坏。虽然隧道管片螺栓的设计施工已有着成熟的理论作为指导，但其缺乏针对抗震的设计，管片连接处由于其结构的不连续性，在承受地震荷载时极易发生破坏。这一点对于在高烈度地震区的隧道结构而言更加明显。因此，在隧道施工设计中，合理改进管片螺栓，提高隧道管片的韧性，对于提高管片抵御地震破坏是十分必要的。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种提高盾构隧道韧性性能的螺栓结构及螺栓。
[0004]
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种提高盾构隧道韧性性能的螺栓结构，包括螺杆，所述螺杆包括光杆部和螺纹部，所述螺纹部连接有螺母，所述螺纹部位于所述光杆部的两端，所述光杆部包括第一光杆部以及位于该第一光杆部两端的第二光杆部；所述第一光杆部外径大于所述第二光杆部外径；所述螺纹部的螺纹大径等于所述第二光杆部外径；在所述第一光杆部和所述螺母之间的螺杆上依次套接有弹簧和弹性垫圈，所述弹簧内径小于所述第一光杆部外径。
[0005]
进一步地，所述螺杆为直螺杆或弧形螺杆。
[0006]
进一步地，所述弧形螺杆中心线为一段圆弧，所述圆弧两端点的切线夹角为120
°
～150
°
。
[0007]
进一步地，所述第二光杆部外径为所述第一光杆部外径的4/5～5/6。
[0008]
进一步地，所述第一光杆部长度为所述螺杆长度的1/2～3/5；所述螺纹部的长度为所述螺杆长度的1/8～1/5。
[0009]
进一步地，在所述第一光杆部和所述弹簧之间的螺杆上还套接有垫圈。
[0010]
进一步地，所述垫圈为带有弹性的垫圈。
[0011]
进一步地，所述螺杆为低合金钢材料制成的螺杆。
[0012]
进一步地，所述弹簧垫抗拉强度在1200n/mm2～2000n/mm2之间。
[0013]
本实用新型还提供了一种螺栓，该螺栓包括如上所述的提高盾构隧道韧性性能的
螺栓结构。
[0014]
本实用新型具有的优点和积极效果是：
[0015]
本实用新型的螺栓可用于连接盾构隧道管片，利用高强弹簧对地震动能量的吸收作用，提高管片在地震荷载下的韧性，避免管片出现较大的位移，保证隧道的完整性：可以通过调节螺母调整高强弹簧压力，产生的变形可用于吸收地震动能量；高强弹簧由于强度较大，不易产生塑性变形。因此，在地震作用下产生的变形大多可以恢复，无需大量更换；高强弹簧的耗能作用使得管片连接处允许产生较大变形，在地震作用下可以适应管片连接处的局部大变形，保证管片的结构完整，利于震后维修，减少维修费用。
[0016]
本实用新型的螺栓可用于其他振动场合，比如行驶的车辆的部件连接等。
附图说明
[0017]
图1为本实用新型的第一种螺栓结构示意图；
[0018]
图2为本实用新型的第二种螺栓结构示意图；
[0019]
图3为本实用新型的第一种螺栓结构中的螺杆结构示意图；
[0020]
图中：1、螺杆；2、弹性垫圈；3、螺母；4、弹簧；101、第一光杆部；102、第二光杆部；103、螺纹部。
具体实施方式
[0021]
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
[0022]
请参见图1至图3，一种提高盾构隧道韧性性能的螺栓结构，包括螺杆1，所述螺杆1包括光杆部和螺纹部103，所述螺纹部103连接有螺母3，所述螺纹部103位于所述光杆部的两端，所述光杆部包括第一光杆部101以及位于该第一光杆部101两端的第二光杆部102；所述第一光杆部101外径大于所述第二光杆部102外径；所述螺纹部103的螺纹大径等于所述第二光杆部102外径；在所述第一光杆部101和所述螺母3之间的螺杆1上依次套接有弹簧4和弹性垫圈2，所述弹簧4内径小于所述第一光杆部101外径。弹性垫圈2可为鞍形弹性垫圈、波形弹性垫圈或锥形弹性垫圈等具有弹性的垫圈。弹性垫圈2既可以吸收振动和冲击，还可防止螺母3松动。地震等外部振动造成管片对螺杆1产生轴向作用力，这种振动作用力可以被弹簧4吸收，采用弹簧4，便于保护螺杆1，弹簧4可以吸收振动和冲击,起缓冲作用，使得管片连接处允许产生较大变形，在地震作用下可以适应管片连接处的局部较大变形，保证管片的结构完整，利于震后维修。弹簧4可选用抗拉强度大于1200n/mm2的高强弹簧，高强弹簧具有更好地吸收地震波能量的特性。弹簧4的抗拉强度可在1200n/mm2～2000n/mm2之间。优选1500n/mm2～1800n/mm2。在实际工程中，弹簧4的抗拉强度取值可根据实际工况确定。
[0023]
所述螺杆可为直螺杆或弧形螺杆。所述弧形螺杆中心线为一段圆弧，所述圆弧两端点的切线夹角为120
°
～150
°
。在应用于连接盾构隧道管片时，所述螺杆1可以选直螺杆也可以选弧形螺杆。优选弧形螺杆。如图2所示，所述螺杆1的中心线可为一段圆弧。圆弧形的螺杆更适合弧形管片的连接。管片因地震等产生的变形也能被更好地吸收。所述圆弧两端点的切线夹角与螺杆尺寸及管片半径有关，选择时使圆弧配合管片曲度。
[0024]
所述第二光杆部102外径可为所述第一光杆部101外径的4/5～5/6。这样可便于安
装弹簧4，又能保证螺杆1具有较大抗拉强度及屈服强度。
[0025]
所述第一光杆部101长度可为所述螺杆1长度的1/2～3/5；所述螺纹部103的长度可为所述螺杆1长度的1/8～1/5。螺纹的长度既要满足能够调节弹簧4的压力，又要使螺杆1整体性能符合要求。优选地，所述第一光杆部101长度为所述螺杆1长度的1/2；所述螺纹部103的长度为所述螺杆1长度的3/16。
[0026]
优选地，在所述第一光杆部101和所述弹簧4之间的螺杆1上还可套接有垫圈。垫圈可以增加弹簧4作用在第一光杆端面的压力面积。优选地，所述垫圈可为带有弹性的垫圈。弹性垫圈可以吸收部分弹簧的压力，更便于保护第一光杆端面。所述垫圈可选波形弹性垫圈以或锥形弹性垫圈等。
[0027]
优选地，所述螺杆1可为低合金钢材料制成的螺杆。与碳素结构钢相比，低合金钢材料具有较好的塑性、韧性、焊接性能，使用低合金高强度钢可以减小结构件的尺寸，使重量减轻。
[0028]
本实用新型还提供了一种螺栓实施例，该螺栓包括上述的提高盾构隧道韧性性能的螺栓结构。本实用新型的螺栓可用于连接盾构隧道管片，也可以用于其他振动场合。在实际工程中应用本实用新型螺栓，可以保证在地震作用下管片之间的连接具有更强的韧性。在发生震害时，隧道的管片连接处能很好地吸收地震振动的能量，提高管片抵抗较大变形的能力。
[0029]
本实用新型的工作原理：
[0030]
可以通过调节螺母3来调整弹簧4压力，弹簧4产生的变形能可用于吸收地震动能量。(2)高抗拉强度的弹簧4由于强度较大，不易产生塑性变形。因此，在地震作用下产生的变形大多可以恢复，无需大量更换。(3)高抗拉强度的弹簧4可以吸收振动和冲击,起缓冲作用，使得管片连接处允许产生较大变形，在地震作用下可以适应管片连接处的局部较大变形，保证管片的结构完整，利于震后维修。
[0031]
利用螺栓中抗拉强度的弹簧4对地震波传播的吸收作用，提高管片连接处抵抗变形的能力。
[0032]
以上所述的实施例仅用于说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本实用新型的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本实用新型的专利范围，即凡本实用新型所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本实用新型的专利范围内。