本实用新型涉及地下结构施工领域,具体涉及一种用于盾构隧道抗震的自复位式螺栓。
背景技术：
20世纪以来从世界地震震害资料可知,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。1983年距上海市150km处发生6级地震,造成了打浦路盾构隧道管片结构出现了5处可见裂缝；1995年日本阪神发生了7.2级地震,震区隧道破坏率超过10％。盾构隧道管片的连接处，因为其结构的不连续性而在地震作用的情况下更易发生破坏。普通螺栓应用已有很久的历史，有着成熟的理论，但也缺乏针对抗震的设计。对于在高烈度地震区的隧道结构来说，针对其最薄弱部位，提出合理的改进方法，提高抵御地震破坏力是非常有必要的。
技术实现要素：
针对上述现有技术，本实用新型提供了一种用于盾构隧道抗震的自复位式螺栓，利用自复位式螺栓对地震波传播的吸收作用，使管片连接处具备一定的抵抗变形的能力，从而保护隧道结构的完整性。该结构对高烈度地震区的隧道施工具有较强的参考和借鉴作用。
为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种用于盾构隧道抗震的自复位式螺栓，包括螺栓柱，所述螺栓柱包括中间的镍钛合金材料段和两端的低碳合金钢段；所述镍钛合金材料段与两端的低碳合金钢段通过嵌固结构连接；所述镍钛合金材料段为直径与螺栓直径相同的弧圆柱段或是圆柱段；所述低碳合金钢段为直径与螺栓直径相同的圆柱段，所述低碳合金钢段的一端与所述镍钛合金材料段通过嵌固结构连接，所述低碳合金钢段的另一端通过螺纹连接有螺母。
本实用新型的用于盾构隧道抗震的自复位式螺栓，其中：
所述镍钛合金材料段为圆柱段时，所述镍钛合金材料段的长度是1/3螺栓柱的长度；所述镍钛合金材料段为弧圆柱段时，所述镍钛合金材料段的展开长度是1/3螺栓柱的展开长度。
所述镍钛合金材料段上套装有橡皮套，所述橡皮套的长度为完全覆盖所述镍钛合金材料段且在该段的两侧留有2.5～3.5cm的余量。
所述嵌固结构包括设置在所述低碳合金钢段端部的卡头和设置在镍钛合金材料段端部的卡环，所述卡头包括依次与低碳合金钢段同轴设置的短颈和小头端朝外的圆台，在所述短颈的外回转表面上设有连接所述圆台的大头端与低碳合金钢段端的定位块；所述卡环包括依次与所述镍钛合金材料段同轴设置的环形槽和挡圈，所述挡圈上设有与所述定位块配合的插槽；所述卡头嵌入至所述卡环内，从而使所述低碳合金钢段与镍钛合金材料段连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
通过自复位式螺栓将不同管片之间连接，自复位式螺栓能减小隧道管片与管片之间的相对位移，以此来达到提高管片连接处抗震性能的目的，保护盾构结构的整体性。本实用新型可有效提高隧道管片与管片连接处的抗震性能，且不改变原有施工方法。
附图说明
图1为本实用新型自复位式螺栓示意图；
图2为图1所示自复位式螺栓抵抗变形的示意图
图3-1为图1所示自复位式螺栓中嵌固结构卡头部分轴向示意图；
图3-2为图3-1所示卡头部分的端向示意图；
图3-3为图1所示自复位式螺栓中嵌固结构卡环部分轴向剖面图；
图3-4为图3-3所示卡环部分的端向示意图；
图4为图1所示自复位式螺栓中嵌固结构连接示意图；
图中：1-镍钛合金材料段，2-低碳合金钢段，3-螺帽；4-螺母；5-胶皮外套，6-嵌固结构，61-短颈，62-圆台，63-定位块，64-环形槽，65-挡圈，66-插槽。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。
本实用新型提供了一种用于盾构隧道抗震的自复位式螺栓及其制备方法，利用自复位式螺栓对地震波传播的吸收作用，使管片连接处具备一定的抵抗变形的能力。并且利用镍钛合金的形状记忆性，避免震后的维修，极大的降低了维修费用。从而对保护隧道结构的完整性有重要的意义，对高烈度地震区的隧道施工具有较强的参考和借鉴作用。
如图1和图2所示，本实用新型一种用于盾构隧道抗震的自复位式螺栓，包括螺栓柱，所述螺栓柱包括中间的镍钛合金材料段1和两端的低碳合金钢段2；所述镍钛合金材料段1与两端的低碳合金钢段2通过嵌固结构6连接；所述镍钛合金材料段1为直径与螺栓直径相同的弧圆柱段或是圆柱段，所述镍钛合金材料段1的组分及其重量百分含量为，55.9％镍，44.1％钛；所述低碳合金钢段2为直径与螺栓直径相同的圆柱段，所述低碳合金钢段2的一端与所述镍钛合金材料段1通过嵌固结构6连接，所述低碳合金钢段2的另一端通过螺纹连接有螺母4。
如图1所示，所述镍钛合金材料段1为圆柱段时，所述镍钛合金材料段1的长度是1/3螺栓柱的长度；如图2所述，所述镍钛合金材料段1为弧圆柱段时，所述镍钛合金材料段1的展开长度是1/3螺栓柱的展开长度。
如图1和图2所示，所述镍钛合金材料段1上套装有橡皮套5，所述橡皮套5的长度为完全覆盖所述镍钛合金材料段1且在该段的两侧留有2.5～3.5cm的余量。
本实用新型将镍钛合金材料段1与传统螺栓(即低碳合金钢段2)的端部部分通过嵌套方式组合成自复位式新型螺栓。
所述嵌固结构6包括设置在所述低碳合金钢段2端部的卡头和设置在镍钛合金材料段1端部的卡环。如图3-1和图3-2所示，所述卡头包括依次与低碳合金钢段2同轴设置的短颈61和小头端朝外的圆台62，在所述短颈61的外回转表面上设有连接所述圆台62的大头端与低碳合金钢段2端的定位块63，这一小段定位块63外表面的半径与圆台62的大头直径相同。如图3-3和图3-4所示，所述卡环包括依次与所述镍钛合金材料段1同轴设置的环形槽64和挡圈65，所述挡圈65上设有与所述定位块63配合的插槽66，使得定位块63可以插入且被固定。圆台62的大头直径比低碳合金钢段2部分的直径略小，以方便低碳合金钢段2嵌入至镍钛合金材料段1的卡环内。所述卡头嵌入至所述卡环内，从而使所述低碳合金钢段2与镍钛合金材料段1连接，如图4所示。由于镍钛合金材料段1有一定的弹性，可保证低碳合金钢段2的插入，而低碳合金钢段2连接端部设置的小头朝外的圆台62可以保证低碳合金钢段2不被拔出，形成嵌固结构。
本实用新型中的所述嵌固结构的做法可以是：在低碳钢合金段2的位于与镍钛合金材料段1的连接端设置卡头，即在该端部加工出小头朝外的圆台62，然后在圆台62靠里面加工出一段短颈61。在镍钛合金材料段1的两端加工卡环，卡环的加工是在镍钛合金材料段1的端部加工出环形槽64，环形槽64靠外的一侧是一圈挡圈65。由于要限制低碳钢合金段2与镍钛合金材料段1之间的相对旋转，因此，在卡头和卡环处设置限位结构，具体做法是，在卡头的短颈61的外回转表面上、且在低碳钢合金段2的短颈61一端的台阶面与圆台62之间连接一块定位块63；在卡环的挡圈65上加工出一插槽66，该插槽66与所述定位块63配合；见图3-1、图3-2、图3-3和图3-4。
本实用新型的自复位式螺栓将原有的刚性螺栓改为含记忆合金材料段(即镍钛合金材料段)的自复位式螺栓，使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能具备更好的耐用性。本实用新型自复位式螺栓改进了传统的刚性不可变形螺栓，引入镍钛合金材料，并将其以嵌套方式与低碳合金钢螺栓进行连接。使得新的螺栓结构具有一定的抵抗变形的能力。并保证在发生震害时，隧道的管片连接处具有一定的形变恢复能力。将镍钛合金材料加工为与普通螺栓直径相当的的弧圆柱段，并通过切削工艺在将其两端加工，形成嵌套结构。
利用本实用新型自复位式螺栓对地震波传播的吸收作用，使管片连接处具备一定的抵抗变形的能力，从而保护隧道结构的完整性。该结构对高烈度地震区的隧道施工具有较强的参考和借鉴作用。
尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
1.一种用于盾构隧道抗震的自复位式螺栓，包括螺栓柱，其特征在于，所述螺栓柱包括中间的镍钛合金材料段(1)和两端的低碳合金钢段(2)；所述镍钛合金材料段(1)与两端的低碳合金钢段(2)通过嵌固结构(6)连接；
所述镍钛合金材料段(1)为直径与螺栓直径相同的弧圆柱段或是圆柱段；
所述低碳合金钢段(2)为直径与螺栓直径相同的圆柱段，所述低碳合金钢段(2)的一端与所述镍钛合金材料段(1)通过嵌固结构(6)连接，所述低碳合金钢段(2)的另一端通过螺纹连接有螺母(4)。
2.根据权利要求1所述用于盾构隧道抗震的自复位式螺栓，其特征在于，所述镍钛合金材料段(1)为圆柱段时，所述镍钛合金材料段(1)的长度是1/3螺栓柱的长度；所述镍钛合金材料段(1)为弧圆柱段时，所述镍钛合金材料段(1)的展开长度是1/3螺栓柱的展开长度。
3.根据权利要求1所述用于盾构隧道抗震的自复位式螺栓，其特征在于，所述镍钛合金材料段(1)上套装有橡皮套(5)，所述橡皮套(5)的长度为完全覆盖所述镍钛合金材料段(1)且在该段的两侧留有2.5～3.5cm的余量。
4.根据权利要求1所述用于盾构隧道抗震的自复位式螺栓，其特征在于，所述嵌固结构(6)包括设置在所述低碳合金钢段(2)端部的卡头和设置在镍钛合金材料段(1)端部的卡环，所述卡头包括依次与低碳合金钢段(2)同轴设置的短颈(61)和小头端朝外的圆台(62)，在所述短颈(61)的外回转表面上设有连接所述圆台(62)的大头端与低碳合金钢段(2)端的定位块(63)；所述卡环包括依次与所述镍钛合金材料段(1)同轴设置的环形槽(64)和挡圈(65)，所述挡圈(65)上设有与所述定位块(63)配合的插槽(66)；所述卡头嵌入至所述卡环内，从而使所述低碳合金钢段(2)与镍钛合金材料段(1)连接。
技术总结