[发明专利]悬浮隧道连接构件

说明书

本发明公开了悬浮隧道连接构件，包括对接前后两段管节的连接器首及连接器尾；连接器首尾之间通过三种受力构件进行连接，分别是承受悬浮隧道径向荷载和所产生位移的径向受力构件、承受轴向荷载和位移的轴向受力构件、承受环向荷载和转动的环向受力构件；受力构件通过连接轴和球铰弹簧进行连接，保证其减震缓冲性能的同时也满足连接器首尾的相对自由度。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，设置沿轴向、径向和环向三个方向受力构件，满足六个方向上的自由度，能够适应复杂海洋环境下悬浮隧道所产的振动和变形。

技术领域

本发明涉及一种悬浮隧道连接构件。

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系统、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系统稳定性、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。

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。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。

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连接构件，以满足复杂海洋环境下悬浮隧道管节间所产生的振动和相对位移变形。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的悬浮隧道连接构件，包括构件首部和构件尾部。

所述构件首部包括圆筒Ⅰ和N个弧形板Ⅰ，圆筒Ⅰ和弧形板Ⅰ的外径一致，N个弧形板Ⅰ连接到圆筒Ⅰ的一端，N个弧形板Ⅰ沿圆筒Ⅰ的周向等间距布置，N为大于等于2的自然数。

所述构件尾部包括圆筒Ⅱ和N个弧形板Ⅱ，圆筒Ⅱ和弧形板Ⅱ的外径一致，N个弧形板Ⅱ连接到圆筒Ⅱ的一端，N个弧形板Ⅱ沿圆筒Ⅱ的周向等间距布置。

N个所述弧形板Ⅰ分别嵌入N个弧形板Ⅱ之间的空隙内，弧形板Ⅰ与相邻的弧形板Ⅱ之间存在间隙，弧形板Ⅰ与圆筒Ⅱ存在间隙，弧形板Ⅱ与圆筒Ⅰ存在间隙。