一种盾构管片榫卯连接接头模型的制作方法

1.本实用新型涉及城市地铁隧道施工技术领域，特别是涉及一种盾构管片榫卯连接接头模型。


背景技术：

2.截至2021年12月31日，中国内地共有51个城市开通运营城市轨道交通线路269条，运营里程8708公里。其中95％以上的地铁隧道管片为盾构管片，因此研究盾构管片的力学特性行为尤为迫切。盾构管片环向接头始终是盾构管片研究的重点和难点，然而模拟原型管片接头进行模型试验及其困难，模型在采用螺栓连接时，其误差往往是数量级的，所以研究盾构管片的新型接头模型十分有必要。
3.在现有的盾构管片接头模型试验中，需要对管片接头的各项功能进行模拟。综合考虑模型试验的便捷性、科学性与可行性，大部分盾构管片模型接头的缩尺比取为1：10，模型材料为石膏。其中石膏性质和混凝土比较接近，均属脆性材料，弹性模量为1000-5000mpa，泊松比为0.2左右，且性能稳定，成型方便，易于加工，成本低廉，适宜于制作线弹性模型。在此基础上，为使测量更加精确，可以石膏作为基本的胶结材料，放入粒径极小的硅藻土，可更精确的调整材料的物理力学特性和变形特性。
4.与此同时，现有的大部分盾构管片榫卯接头其结构制作复杂，安装程序困难，且其在受力时常常应安装问题使得结构产生脱落、滑移，不能很好的模拟到盾构管片接头的抗拉、抗剪、抗弯能力，因此导致试验时得到的结构变形及相关试验结果存在较大偏差，这很大程度上影响了对实际工程指导的可靠性。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提出一种盾构管片榫卯连接接头模型，解决现有榫卯接头模型管片结构容易产生脱落、滑移的技术问题。
6.本实用新型提出一种盾构管片榫卯连接接头模型，包括盾构管片组件、榫卯连接结构以及连接组件；
7.所述盾构管片组件包括多块石膏管片，各所述石膏管片通过所述榫卯连接结构首尾连接拼接成盾构管片环；
8.所述榫卯连接结构包括设置在每一所述石膏管片两端面的榫接块和榫接槽，所述榫接块和所述榫接槽的形状相适配，通过将所述榫接块插入所述榫接槽中使相邻的两块所述石膏管片固定；
9.所述连接组件包括插入件和固定件，所述插入件沿着榫卯连接面的轴线插入所述石膏管片和所述榫接块中，所述固定件设置在所述插入件的两端，用于将相邻的两块所述石膏管片固定。
10.根据本实用新型提出的盾构管片榫卯连接接头模型，具有以下有益效果：本实用新型很好的模拟了盾构管片接头的受力特性，榫卯连接结构可承担管片接头的抗拉能力，
以及除沿接触面方向之外的剪切能力及抗弯能力，这些力均转化为榫接块与榫接槽的相互作用力；同时连接组件可承担沿接触面方向的剪切能力及抗弯能力，这些力均转化为榫卯结构与固定件的相互作用力，这使得榫接块与榫接槽不会发生滑动与转动，而且固定件的设置可较大的增加该榫卯接头的抗剪、抗拉、抗弯能力；榫卯连接结构和固定件共同工作以模拟盾构管片接头的受力特性，可以较好的满足盾构管片接头的模拟，从进一步对实际工程进行指导。
11.另外，根据本实用新型提供的盾构管片榫卯连接接头模型，还可以具有如下附加的技术特征：
12.进一步地，所述榫接块为梯形凸台，所述梯形凸台的第一平行面与所述石膏管片连接，所述梯形凸台的第二平行面与所述榫接槽的底面抵接。
13.进一步地，所述插入件至少设有两个，至少两个所述插入件设置在所述榫接块的中部。
14.进一步地，所述插入件为螺栓，所述固定件为螺帽。
15.进一步地，所述榫接块沿着榫卯连接面的轴线设有插孔，所述插孔贯穿至所述石膏管片的两端，所述插入件插入所述插孔内。
16.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
17.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
18.图1是本实用新型实施例的盾构管片榫卯连接接头模型的结构示意图；
19.图2是本实用新型实施例的盾构管片榫卯连接结构与连接组件连接的结构示意图；
20.图3是本实用新型实施例的盾构管片榫接块的结构示意图；
21.图4是本实用新型实施例的盾构管片榫接槽的结构示意图；
22.附图标号：
23.10、盾构管片模型；11、石膏管片；
24.20、榫卯连接结构；21、榫接块；211、第二平行面；22、榫接槽；
25.30、连接组件；31、插入件；32、固定件；33、插孔。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。
27.在现有的盾构管片接头模型试验中，需要对管片接头的各项功能进行模拟。综合考虑模型试验的便捷性、科学性与可行性，大部分盾构管片模型10接头的缩尺比取为1：10，模型材料为石膏，材料的弹性模量约为原型管片的0.1倍，拼接成盾构管片环的每一块石膏
管片11首尾均可完全咬合。
28.本实用新型的管片模型材料为石膏、水和硅藻土粉末的混合体，其中，石膏与水的质量比为1:1.4，水与硅藻土的质量比为1:0.1；石膏作为基本的胶结材料，通过在石膏浆中加入粒径小与1mm硅藻土粉末，可以调整石膏混合料的物理力学特性和变形特性。制得的材料强度和弹模都很接近原型盾构管片所用的c50混凝土的1/10，能很好的模拟缩尺后的模型，且其具有好浇筑、易成型、初凝时间短、易养护等明显优势。
29.现有的大部分盾构管片榫卯接头其结构制作复杂，安装程序困难，且其在受力时常常应安装问题使得结构产生脱落、滑移，不能很好的模拟到盾构管片接头的抗拉、抗剪、抗弯能力，因此导致试验时得到的结构变形及相关试验结果存在较大偏差，这很大程度上影响了对实际工程指导的可靠性，基于此，本实用新型提供一种盾构管片榫卯连接接头模型，解决现有榫卯接头模型管片结构容易产生脱落、滑移的技术问题。
30.请参照图1～图4所示，本实用新型的实施例提出一种盾构管片榫卯连接接头模型，包括盾构管片组件、榫卯连接结构20以及连接组件30，盾构管片组件通过榫卯连接结构20以及连接组件30首尾拼接成盾构管片环。
31.所述盾构管片组件包括多块石膏管片11，各所述石膏管片11通过所述榫卯连接结构20首尾连接拼接成盾构管片环；
32.所述盾构管片模型10尺寸为原型管片的0.1倍，模型主体材料为石膏，其材料的弹性模量约为原型管片的0.1倍，拼接成盾构管片环的每一块石膏管片11首尾均可完全咬合。
33.所述榫卯连接结构20设置在盾构管环接头位置处，其包括设置在每一所述石膏管片11两端面的榫接块21和榫接槽22，所述榫接块21和所述榫接槽22的形状相适配，通过将所述榫接块21插入所述榫接槽22中使相邻的两块所述石膏管片11固定，榫接块21和榫接槽22在咬合状态时只能沿接触面滑动，其余方向二者不会发生相对位移。
34.在本实施例中，所述榫接块21的形状为倒梯形凸台，所述梯形凸台的第一平行面与所述石膏管片11连接，梯形凸台的第二平行面211与榫接槽22的底面抵接。
35.在本实施例中，所述榫接槽22的形状为倒梯形的开槽结构，与榫接块21的形状保持一致，连接时，倒梯形突起结构恰好镶嵌在倒梯形开槽结构内，倒梯形开槽及凸起结构可紧密咬合，倒梯形开槽和倒梯形凸起结构的榫卯连接面均光滑平整且垂直于管片内外弧面，二者在受到垂直管片内外弧面的力时可沿受力方向滑动，在受到平行管片内外弧面的力时则不发生滑动。榫卯连接结构20可承担管片接头的抗拉能力，以及除沿接触面方向之外的剪切能力及抗弯能力，这些力均转化为开槽结构与凸起结构的相互作用力。
36.具体的，所述连接组件30包括插入件31和固定件32，所述插入件31沿着榫卯连接面的轴线插入所述石膏管片11和所述榫接块21中，所述固定件32设置在所述插入件31的两端，用于将相邻的两块所述石膏管片11固定。
37.具体的，所述插入件31至少设有两个，至少两个所述插入件31设置在所述榫接块21的中部，在本实施例中，所述插入件31设有两个，两个所述插入件31相互对称设置，插入件31为螺栓，固定件32为螺帽，每个插入件31的两端设置螺帽，通过拧紧螺帽将两个石膏管片11固定。
38.可以理解的，连接组件30可承担沿接触面方向的剪切能力及抗弯能力，这些力均转化为榫卯结构与螺栓的相互作用力，这使得开槽结构与凸起结构不会发生滑动与转动，
同时，螺栓的设置可较大的增加该榫卯接头的抗剪、抗拉、抗弯能力。
39.具体的，所述梯形凸台沿着榫卯连接面的轴线设有插孔33，所述插孔33贯穿至所述石膏管片11的两端，所述插入件31垂直贯穿管片的横截面并且恰好设置在榫卯连接面的插孔33内，插孔33的形状为圆形，直径为2mm，插入件31刚好紧密固定在插孔33内。
40.根据本实用新型提出的盾构管片榫卯连接接头模型，具有以下有益效果：本实用新型很好的模拟了盾构管片接头的受力特性，榫卯连接结构20可承担管片接头的抗拉能力，以及除沿接触面方向之外的剪切能力及抗弯能力，这些力均转化为榫接块21与榫接槽22的相互作用力；同时连接组件30可承担沿接触面方向的剪切能力及抗弯能力，这些力均转化为榫卯结构与固定件32的相互作用力，这使得榫接块21与榫接槽22不会发生滑动与转动，而且固定件32的设置可较大的增加该榫卯接头的抗剪、抗拉、抗弯能力；榫卯连接结构20和固定件32共同工作以模拟盾构管片接头的受力特性，可以较好的满足盾构管片接头的模拟，从进一步对实际工程进行指导。
41.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。