内贴式橡胶止水带结构与性能研究.pdf

建筑
2013年第8期
Railway Engineering
文章编号:1003-1995(2013)08-0093-04
内贴式橡胶止水带结构与性能研究
罗勇欢,冯正林,刘佳,何波兴,郭红锋
株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007)
摘要:研究了一种适用于港珠澳大桥沉管隧道的内贴式橡胶止水带。介绍沉管隧道接头应用内贴式橡
胶止水带进行密封的工作原理、基本结构和安装方法。建立相关模型,结合实际工况,应用有限元方法
对内贴式橡胶止水带工作状态和水密封特性进行模拟分析,并对内贴式櫲胶止水带的水密封特性进行
了试验验证。试验结果表明,内贴式橡胶止水带能很好地满足沉管隧道工程的实际需求。
关键词:沉管隧道橡胶止水带水密封特性模拟分析
中图分类号:TV442'.4文献标识码:ADOI:10.3969/j.is.1003-1995.2013,08,29
沉管隧道的每一个管段都是一个预制件,在管段
之间和管段与通风塔之间存在接头。管段接头是沉管
隧道的重要部位,同时也是薄弱部位,其结构强度和刚
度相对混凝土而言都显得非常脆弱。接头一般分为两
种形式:一种接头具有与其连接管段相似的断面刚度
和强度一刚性接头;另一种接头则允许在三个主轴
主体;2-帘布3硬质胶条;4一密封后4
方向上有相对位移一一柔性接头。目前,国内外沉管
图2内贴式橡胶止水带结构示意
隧道多采用柔性接头,柔性接头的防水体系一般采用
“压缩式橡胶止水带(GINA)+内贴式橡胶止水带等接触面的局部压应力,更好地满足压密止水功效。
( OMEGA)”双层组合方式。管段接头结构断面示意1.2内贴式橡胶止水带安装方法
如图1。
内贴式橡胶止水带的安装方法应根据管节接缝的
道外侧
构造特点,并考虑安装过程的便捷性。如图3所示,首
先将套筒预埋在混凝土中,然后把内贴式橡胶止水带、
压板和圆钢平铺在安装台上,最后用螺杄和螺母进行
第二道橡胶密封(?型
铜板
固定。本方法采用螺纹联结方式将内贴式橡胶止水带
固定在沉管管节缝隙处,利用橡胶的高弹性,将内贴式
隧道内侧
橡胶止水带压板一端定位,拧紧螺母(扭矩根据实际
图1管节接头结构断面(单位:mm)
需要设定),螺母推动压板的另一端将止水带压紧,从
而把作用力传递到止水带的两翼,压紧底部的3道密
内贴式橡胶止水带的结构及安装方法
封唇,达到密封止水效果
1.1内贴式橡胶止水带结构
如图2所示,内贴式橡胶止水带主体材料为橡胶,
中间加设纤维层(帘布)以提高其耐水压能力,端头呈
凸圆状,其内设有硬质胶条以确保在高水压下橡胶止
水带不会发生滑移、内缩。此外,在止水带底边设有三
排密封唇,使接触为线接触,从而提高止水带与混凝土
ー一螺杆;2一螺母;3一垫片;4ー压板;5一内贴式橡胶止水带
6一安装台;7一套筒;8…-圆钢
收稿日期:2012-01-20;修回日期:2013-03-20
图3内贴式橡胶止水带安装示意
作者简介:罗勇欢(1985-),男,湖南株洲人,助理工程师
94
铁道建筑
August 2013
2模拟分析
为了合理确定内贴式橡胶止水带的结构,对于内
贴式橡胶止水带在几种重要工况下的受力和变形情况
进行了有限元模拟分析。
2.1工作环境
工作水压:0.55MPa;设计位移:水平方向30mm,
(a)帘布应力分布
竖直方向50mm。
2.2计算工况
工况1:不断调整压板竖向位移,使止水带三道密
封唇刚好被压平。
工况2:考虑地震等极限荷载作用,在工况1条件
下水平张拉30mm
工况3:考虑地震等极限荷载作用,在工况1条件
(b)密封唇接触应力分布
下竖向张拉50mm。
2.3结果分析
图5工况2下应力分布(单位:MPa)
1)工况1
3)工况3
不断调整压板竖向位移,当竖向位移为7.5mm
在地震等极限荷载作用下,压板竖向位移7.5
时,止水带三道密封唇刚好被压平。止水带主要部位
mm,止水带竖向张拉50mm,工作水压0.55MPa。止
应力分布如图4所示,最大应力为34.53MPa,出现在
水带主要部位应力分布如图6所示,最大应力为
帘布上;三道密封唇与预埋钢板间的接触应力均大子35.50MPa,出现在帘布上;三道密封唇与预埋钢板间
工作水压0.55MPa。
的接触应力均大于工作水压0.55MPa。
(a)帘布应力分布
(a)帘布应力分布
(b)密封唇接触应力分布
(b)密封曆接触应力分布
图4工况1下应力分布(单位:MPa)
图6工况3下应力分布(单位:MPa
2)工况2
从以上分析可知:①在各工况下,帘布的最大应力
在地震等极限荷载作用下,压板竖向位移75分别为34.53MPa、32.65MPa和35.50MPa,远小于
mm,止水带水平张拉30mm,工作水压0.55MPa。止其试验断裂强度值134MPa,能够保证帘布的安全;②
水带主要部位应力分布如图5所示,最大应力为在各工况況下,止水带的密封唇与预埋钢板间的接触应
32.65MPa,出现在帘布上;三道密封唇与预埋钢板间力均大于工作水压0.55MPa,能够保证该止水带的水
的接触应力均大于工作水压0.55MPa。
密性要求。