[发明专利]一种盾构隧道形状记忆合金柔性环间接头及其设计方法

说明书

本发明属于盾构隧道减震技术领域，并具体公开了一种盾构隧道形状记忆合金柔性环间接头及其设计方法，其包括：S1设计接头结构：接头包括环间连接螺栓和环簧，环簧位于螺母和管片之间，环簧包括钢内环和形状记忆合金外环，钢内环外侧设有倾角，形状记忆合金外环内表面与钢内环外侧倾角贴合；S2设置多组初始接头参数，进而计算接头的性能参数，并根据接头性能对接头参数进行初筛；S3验证每组接头参数是否满足设计要求；S4对保留的接头参数设计方案进行有限元模拟，从而对设计方案进行优化，得到最终接头参数。本发明在尽量不改变现有盾构隧道设计及施工方法的基础上实现盾构隧道纵向减震，同时提高设计速度以及接头的耐用度和减震效果。

技术领域

本发明属于盾构隧道减震技术领域，更具体地，涉及一种盾构隧道形状记忆合金柔性环间接头及其设计方法。

背景技术

随着地铁建设规模的增大，地铁隧道的安全性也越来越受到关注，尤其是地震对隧道结构的影响。在地铁隧道建设过程中，盾构法隧道由于是自动化施工，不受地面交通和气候等影响，已成为目前城市轨道交通最常见的隧道类型之一。在地震作用下，由许多管片通过连接螺栓拼装而成的盾构隧道，由于其构造上的不连续性，使得其地震响应具有独特性，而地铁等大型盾构隧道结构，作为现代城市生命线工程的重要组成部分，其震害不仅会导致重大的经济损失，而且还会产生严重的社会影响。

随着人类对城市地下空间大规模的开发和利用，当强震发生时，地下隧道结构由于周围地基变形很大，可能使结构的一些薄弱环节遭受较严重的破坏，从而给隧道结构的整体性能造成不利影响。因此，在隧道抗震设计中，让结构具有吸收变形及能量的能力，而不是像传统方式那样仅靠增强结构刚度来提高抗震性能，是地下隧道结构抗震设计需要考虑的方式。但目前对于地下结构来说，减震与隔震设计是一种新技术，用于盾构隧道减震的措施也非常少，且多数仅作为构造措施考虑，没有针对性的设计方法。因此，在尽量不改变现有盾构隧道设计及施工方法的基础上，提出一种盾构隧道形状记忆合金柔性环间接头及其设计方法具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种盾构隧道形状记忆合金柔性环间接头及其设计方法，其目的在于，在尽量不改变现有盾构隧道设计及施工方法的基础上实现盾构隧道纵向减震，同时提高设计速度以及接头的耐用度和减震效果。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种盾构隧道形状记忆合金柔性环间接头的设计方法，包括如下步骤：

S1、设计接头的基本结构：接头包括环间连接螺栓和环簧，环间连接螺栓用于连接相邻管片，其两端通过螺母固定；环簧套设在环间连接螺栓上，且位于螺母和管片之间，环簧包括至少2个钢内环和至少1个形状记忆合金外环，钢内环外侧设有倾角，形状记忆合金外环安装在相邻钢内环之间，其内表面与钢内环外侧倾角贴合；

S2、设置多组初始接头参数，进而计算接头的性能参数，并根据接头性能对接头参数进行初筛；

S3、分别验证每组接头参数是否满足设计要求，若无满足的接头参数，则返回步骤S2重新设置初始接头参数；若有满足的接头参数，则保留该接头参数；设计要求具体为：

(1)形状记忆合金外环内侧应变不超过8％；

(2)形状记忆合金外环的最大应力小于其许用应力；

(3)形状记忆合金外环与钢内环的接触面角度β大于摩擦角；

S4、对保留的接头参数设计方案进行有限元模拟，从而对设计方案进行优化，得到最终接头参数。

作为进一步优选的，所述接触面角度β为15°～35°。

作为进一步优选的，所述形状记忆合金外环内侧应变ε_max的计算式如下：