一种沉管隧道接头抗弯刚度的测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种沉管隧道接头抗弯刚度的测量方法，如下：(1)在沉管隧道接头上施加轴向外水压力N0，作为外部力施加在离沉管隧道接头中性轴距离为初始偏心距e0的位置上的力；(2)再继续在沉管隧道接头上施加张拉预应力拉索预紧力T1和T2；(3)在N0、T1和T2作用下测量GINA止水带产生的位移S0和转角θ；(4)通过以钢板和弹簧元件建立的沉管隧道接头结构简化模型计算出GINA止水带压缩量SF1、SF1，顶底板处的预应力拉索拉伸量ST1、ST2，顶、底板GINA止水带所受压力F1、F2以及顶、底板预应力拉索所受拉力T1、T2；(5)依据受力平衡方程得出接头抗弯刚度Kθ。与现有技术相比，本发明可提高沉管隧道接头性能设计的水平和效率。
【专利说明】一种沉管隧道接头抗弯刚度的测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于沉管隧道工程领域，特别涉及沉管隧道工程中最为关键的构件设计，即相邻两个管节之间的接头抗弯刚度的测量方法。
【背景技术】
[0002]沉管接头是沉管管段之间的连接构件。由于接头部位的刚度比正常管段小得多，整个沉管隧道的不均匀沉降等变形都集中到接头部位，使接头部位成为受力和变形的焦点。正常管段的强度和刚度大，耐久性、安全性均较好，因此接头成为整个沉管隧道中最薄弱且非常关键的环节。
[0003]20世纪60年代以来随着橡胶止水带的出现，柔性接头在沉管隧道中的运用越来越广泛。柔性接头主要由端钢壳、GINA止水带1、Q止水带2、连接预应力钢索5、剪切键等组成。柔性接头的刚度很小，抗震能力和抵抗由于温度变化、接头位移等产生的接头应力的能力强。柔性接头的轴向压力和轴向拉力分别由GINA止水带和预应力钢索来抵抗，接头的压缩刚度和压缩量可以通过对GINA橡胶止水带的特性、形状以及高度等指标进行设计来调整，接头的伸缩量可以通过对预应力钢索的直径和自由长度的控制来调整。
[0004]表征沉管隧道接头性能的最重要的参数是接头抗弯刚度Ke，它定义为接头产生单位转角所需的弯矩大小。目前，接头抗弯刚度1(0的取值尚无现成的测量方法，为工程设计带来了诸多不便。沉管隧道接头抗弯刚度1(0主要受GINA橡胶止水带和预应力拉索共同控制。此外，由于沉管隧道接头抗弯刚度Ke是随弯矩、轴力变化的，因而还需考虑偏心距的影响。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种准确高效的沉管隧道接头抗弯刚度的测量方法。
[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种沉管隧道接头抗弯刚度的测量方法，其特征在于，根据沉管隧道接头的构造，假定:(1)接头断面为不产生挠曲变形的刚性板；(2)沿沉管隧道接头断面顶、底板布置的GINA止水带分别简化为两个只受压不抗拉的弹簧Ka、Kd ； (3)沉管隧道接头断面沿顶、底板布置的预应力拉索分别简化为两个只受拉不抗压的弹簧Kb、Kc ； (4)不计沿侧墙布置的GINA止水带对接头抗弯刚度的影响；
[0007]测量沉管隧道接头抗弯刚度的方法如下:
[0008](I)在沉管隧道接头上施加轴向外水压力Ntl,作为外部力施加在离沉管隧道接头中性轴距离为初始偏心距e。的位置上的力；
[0009](2)再继续在沉管隧道接头上施加张拉预应力拉索预紧力T1和T2 ；
[0010](3)在N。、T1和T2作用下测量GINA止水带产生的位移S。和转角0 ；
[0011](4)通过以钢板和弹簧元件建立的沉管隧道接头结构简化模型计算出GINA止水带压缩量SF1、Sfi，顶底板处的预应力拉索拉伸量ST1、St2，顶、底板GINA止水带所受压力FpF2以及顶、底板预应力拉索所受拉力I\、T2 ；
[0012](5)依据受力平衡方程得出接头抗弯刚度Ke。
[0013]所述的沉管隧道接头结构简化模型的计算方法如下:根据几何关系，通常e很小，则 tan 0^0;
[0014]所述的顶底板处的GINA止水带压缩量SF1、SF1，顶底板处的预应力拉索拉伸量ST1、
【权利要求】
1.一种沉管隧道接头抗弯刚度的测量方法，其特征在于，根据沉管隧道接头的构造，假定:(1)接头断面为不产生挠曲变形的刚性板；(2)沿沉管隧道接头断面顶、底板布置的GINA止水带分别简化为两个只受压不抗拉的弹簧Ka、Kd ； (3)沉管隧道接头断面沿顶、底板布置的预应力拉索分别简化为两个只受拉不抗压的弹簧KB、K。； (4)不计沿侧墙布置的GINA止水带对接头抗弯刚度的影响； 测量沉管隧道接头抗弯刚度的方法如下: (1)在沉管隧道接头上施加轴向外水压力N。，作为外部力施加在离沉管隧道接头中性轴距离为初始偏心距％的位置上的力； (2)再继续在沉管隧道接头上施加张拉预应力拉索预紧力T1和T2； (3)在凡、1\和T2作用下测量GINA止水带产生的位移S。和转角0； (4)通过以钢板和弹簧元件建立的沉管隧道接头结构简化模型计算出GINA止水带压缩量SF1、Sfi，顶底板处的预应力拉索拉伸量En、St2，顶、底板GINA止水带所受压力FpF2以及顶、底板预应力拉索所受拉力I\、T2 ； (5)依据受力平衡方程得出接头抗弯刚度Ke。
2.根据权利要求1所述的一种沉管隧道接头抗弯刚度的测量方法，其特征在于，所述的沉管隧道接头结构简化模型的计算方法如下:根据几何关系，通常e很小，则tan 9^9； 所述的顶底板处的GINA止水带压缩量Sf1、Sfi，顶底板处的预应力拉索拉伸量En、St2分 别为
3.根据权利要求2所述的一种沉管隧道接头抗弯刚度的测量方法，其特征在于，所述的受力平衡方程包括: 力平衡条件:Fi+F2 = T^T^No ； 力矩平衡条件 Aa+I^c = Tib+Fsd+Noeo。
4.根据权利要求3所述的一种沉管隧道接头抗弯刚度的测量方法，其特征在于，所述的沉管隧道接头抗弯刚度Ke通过以下力学解析表达式计算得出:
【文档编号】G01N3/08GK103792139SQ201210421333
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月29日 优先权日:2012年10月29日
【发明者】袁勇, 禹海涛, 陈越, 钟辉虹, 苏宗贤, 刘洪洲, 李贞新, 陈之毅 申请人:同济大学