一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置的制作方法

1.本实用新型涉及地下工程结构技术领域，具体涉及一种拱架定量防屈曲让压耗能连接装置。


背景技术：

2.在隧道及地下工程的建设过程中，尤其是在深部地下空间及复杂地层时常面临围岩大变形、岩爆、塌方及突水涌泥等灾害。
3.为了预防或避免这些灾害，国内外的专家和学者对地下结构的支护做了大量研究和实践，现行的拱架形式主要包括：1.u型钢拱架支护，2.约束混凝土拱架支护，3.让压锚杆支护，4.让压拱架支护等。其中u型钢拱架支护是软岩巷道中最常用的被动支护手段，它通过提供被动的径向支护力，直接作用于巷道围岩表面，来平衡围岩的变形压力，约束围岩变形，但u型钢拱架在支护时存在较多问题：
①
支护强度不足，
②
工作阻力低，
③
支护支撑能力得不到充分的发挥，严重降低了材料利用率，支护效果得不到保障，
④
不能定量让压；钢管混凝土拱架是一种承载力高、具有一定可缩性、施工方便、具有良好力学性能的支护形式；但也存在以下问题：
①
圆形截面的钢管混凝土拱架与围岩表面接触面积小，易造成应力集中，
②
成本偏高，
③
缺乏井下专用安装设备，
④
拱架重量较大，
⑤
不具有定量让压功能；让压锚杆支护会使操作人员产生不安全的感觉；让压拱架支护相对上述支护方式具有较好的工程适用性和安全性，可以大大减少灾害的发生，在过去长达数十年的工程实践中，人们制造了很多具有让压功能的支护材料和支护结构，并对原有的刚性支护结构进行改进，增加支护的可缩性。然而现在用于地下工程的让压拱架支护大都只考虑变形的问题，让压拱架支护仅仅只能进行自由让压，能够实现拱架支护在工作中钢结构耗能定量让压装置并未有报道。


技术实现要素：

4.为了克服已有技术的不足，本实用新型提供了一种结构简单、安装方便、让压时机及让压量人为可控的新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置，适用于各种深部、软岩等难支护的巷道、隧道及硐室群等地下工程的拱架支护的让压连接装置的实现。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置，包括防屈曲耗能支撑内芯、钢管、让压核心套管、上部顶板和下部底板，所述钢管为所述防屈曲耗能支撑内芯的约束构件，所述防屈曲耗能支撑内芯穿过所述钢管内腔，在所述防屈曲耗能支撑内芯与所述钢管之间灌入砂浆或者混凝土连接固定组合为让压核心构件，所述让压核心套管的上部与上部顶板固定连接，所述让压核心套管的下部与下部底板固定连接，一根让压核心构件的上端与所述上部顶板连接，下端与所述下部底板连接；一组至少三根让压核心构件的上端与上部顶板连接，一组至少三根让压核心构件的下端与所述让压核心套管的中部连接；另一组至少三根让压核心构件的上端与所述让压核心套管的中部连接，另一组至少三根让压核心构件的下
端与下部底板连接。
7.进一步，所述上部顶板的中部设有上部连接装置，所述上部连接装置分别与一根让压核心构件的上端、一组至少三根让压核心构件的上端连接。
8.优选的，所述上部连接装置设有连接卡槽，所述卡槽与让压核心构件的括防屈曲耗能支撑内芯的端部限位配合。
9.再进一步，所述下部底板的中部设有下部连接装置，所述下部连接装置分别与一根让压核心构件的下端、另一组至少三根让压核心构件的下端连接。
10.优选的，所述下部连接装置设有连接卡槽，所述卡槽与让压核心构件的括防屈曲耗能支撑内芯的端部限位配合。
11.更进一步，所述让压核心套管设有套管中部连接装置，所述套管中部连接装置分别与一组至少三根让压核心构件的下端、另一组至少三根让压核心构件的上端连接。
12.优选的，所述让压核心套管的截面呈方形，所述套管中部连接装置设有四个，分别位于四个侧面上。
13.优选的，所述套管中部连接装置设有卡槽，所述卡槽与让压核心构件的括防屈曲耗能支撑内芯的端部限位配合。
14.所述上部顶板与支护主结构的上部拱架结构板通过上部连接螺栓固定连接，所述下部底板与支护主结构的下部拱架结构板通过下部连接螺栓固定连接。
15.本实用新型的有益效果主要表现在：
16.1)结构简单，精度高，安装方便灵活，适用面广；
17.2)让压时机及让压量可控，可以根据具体工程的需要选择具有不同让压模式、让压点和让压量的定量让压装置；
18.3)在让压连接装置工作时，可以消耗一定能量，特别是在地震等动荷载的作用下，防屈曲耗能支撑内芯和钢管的组合为一防屈曲构造，通过在述防屈曲耗能支撑内芯与所述钢管之间灌入砂浆或者混凝土，提供很大的抗侧刚度和承载力，保证在受压时能够达到全截面屈服的状态，并通过屈服滞回达到耗能的效果，达到结构“保险丝”的作用，可以保护支护结构，从而保证地下工程的安全施工，可以减少灾害引起的人员伤亡和经济损失；
19.4)采用预制装配的形式，大大减少建造成本和工期，且在后期运营时，结构局部破坏后，可以采用局部替换，替换过程便捷，不会对地下工程正常施工造成较大的影响。
附图说明
20.图1为一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置的三维示意图；
21.图2为一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置的爆炸图；
22.图3为一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置的a-a剖面图；
23.图4为一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置的防屈曲耗能支撑示意图。
24.图中：1为防屈曲耗能支撑内芯，12为钢管，2为让压核心套管，21为套管中部连接装置，3为上部顶板，31为上部连接装置，4为下部底板，41为下部连接装置，5为上部连接螺栓，6为下部连接螺栓，7为支护主结构的上部拱架结构板、8为支护主结构的下部拱架结构。
具体实施方式
25.下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
26.参照图1～图4，一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置，包括防屈曲耗能支撑内芯1、钢管12、让压核心套管2、套管中部连接装置21、上部顶板3、上部连接装置31、下部底板4、下部连接装置41、上部连接螺栓5、下部连接螺栓6、支护主结构的上部拱架结构板7和支护主结构的下部拱架结构8。
27.所述钢管12为所述防屈曲耗能支撑内芯1的约束构件，所述防屈曲耗能支撑内芯1穿过所述钢管12内腔，在所述防屈曲耗能支撑内芯与所述钢管之间灌入砂浆或者混凝土连接固定组合为让压核心构件，所述让压核心套管2的上部与上部顶板3固定连接，所述让压核心套管2的下部与下部底板4固定连接，一根让压核心构件的上端与所述上部顶板3连接，下端与所述下部底板4连接；一组至少三根让压核心构件的上端与上部顶板3连接，一组至少三根让压核心构件的下端与所述让压核心套管2的中部连接；另一组至少三根让压核心构件的上端与所述让压核心套管2的中部连接，另一组至少三根让压核心构件的下端与下部底板4连接。
28.所述防屈曲耗能支撑内芯1与所述钢管12的组合为让压核心构件，位于整个装置的核心部位，由九根支撑内芯以及九根钢管组成；所述防屈曲耗能支撑内芯1采用优质的软钢或q235或高性能钢材；
29.所述钢管12为所述防屈曲耗能支撑内芯1的约束构件，通过在所述防屈曲耗能支撑内芯1与所述钢管12之间灌入砂浆或者混凝土，保证在受压时能够达到全截面屈服的状态，并通过屈服滞回达到耗能的效果，达到结构“保险丝”的作用；所述钢管12采用优质的q390钢材；
30.所述让压核心套管2位于所述防屈曲耗能支撑内芯1与所述钢管12组合的外围，可以起到二次耗能的作用；所述让压核心套管2采用优质的q390钢材；
31.所述套管中部连接装置21位于所述让压核心套管2四边的中部，通过装置上面的卡槽主要用于所述防屈曲耗能支撑内芯1的限位；所述套管中部连接装置21采用优质的q390钢材，与所述让压核心套管2为一整体，装置上的卡槽对应所述防屈曲耗能支撑内芯1的形状设置；
32.所述上部顶板3与所述下部底板4位于所述让压核心套管2的两端，在封闭所述让压核心套管2的同时，通过所述上部顶板3上的所述上部连接装置31与所述下部底板4上的所述下部连接装置41上的卡槽限制所述防屈曲耗能支撑内芯1的径向运动；所述上部顶板3与下部底板4均采用优质的q390钢材制作形成，与所述让压核心套管2进行焊接连接；
33.所述上部连接装置31与所述下部连接装置41分别位于所述上部顶板3与所述下部底板4的正中心位置；所述上部连接装置31与所述下部连接装置41均采用优质的q390钢材制作形成，与所述上部顶板3与所述下部底板4为一个整体，装置上的卡槽对应所述防屈曲耗能支撑内芯1的形状设置；
34.所述上部连接螺栓5主要用于连接所述上部顶板3与所述支护主结构的上部拱架结构板7；所述下部连接螺栓6主要用于连接所述下部底板4与所述支护主结构的下部拱架结构板8；优先的，所述上部连接螺栓5与所述下部连接螺栓6均采用轻质高强的对拉螺栓，总共设置八个对拉螺栓，防止装置在地震等动荷载下发生位移和破坏的现象；所述支护主
结构的上部拱架结构板7与所述支护主结构的下部拱架结构板8采用优质的q390钢材制作形成。
35.本实施例的新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置的制作方法，包括以下步骤：
36.(1)合理选用定量让压耗能连接装置使用的材料；
37.(2)加工让压连接装置的各个组成构件，防屈曲耗能支撑内芯、钢管和让压核心套管进行精密的机械加工，其表面应进行除锈喷砂处理，在避免因锈蚀造成强度降低而破坏的同时，使其表面更具摩擦性能；
38.(3)让压核心套管与上部顶板以及下部底板之间均焊接连接，让压核心套管与套管中部连接装置采用切割工艺或者焊接连接形成整体，
39.(4)上部顶板与上部连接装置采用切割工艺或者焊接连接形成整体，上部连接装置的截面形心和上部顶板表面的形心在同一条铅垂线上，
40.(5)下部底板与下部连接装置采用切割工艺或者焊接连接形成整体，下部连接装置的截面形心和下部底板表面的形心在同一条铅垂线上，
41.(6)下部连接装置的截面形状与上部连接装置截面形状相同，两种连接装置上的凹槽均通过切割工艺形成；
42.(7)上部连接螺栓设置于上部顶板与支护主结构的上部拱架结构板的四个角上，采用对拉螺栓使两者进行紧密连接，提高构造的整体性；
43.(8)下部连接螺栓设置于下部底板与支护主结构的下部拱架结构板的四个角上，采用对拉螺栓使两者进行紧密连接，提高构造的整体性。
44.本实施例的方案，结构简单，精度高，安装方便灵活，适用面广；让压时机及让压量可控，可以根据具体工程的需要选择具有不同让压模式、让压点和让压量的定量让压装置；在让压连接装置工作时，可以消耗一定能量，特别是在地震等动荷载的作用下，防屈曲耗能支撑内芯和钢管的组合为一防屈曲构造，通过在述防屈曲耗能支撑内芯与所述钢管之间灌入砂浆或者混凝土，提供很大的抗侧刚度和承载力，保证在受压时能够达到全截面屈服的状态，并通过屈服滞回达到耗能的效果，达到结构“保险丝”的作用，可以保护支护结构，从而保证地下工程的安全施工，可以减少灾害引起的人员伤亡和经济损失；采用预制装配的形式，大大减少建造成本和工期，且在后期运营时，结构局部破坏后，可以采用局部替换，替换过程便捷，不会对地下工程正常施工造成较大的影响。
45.本说明书的实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本实用新型构思所能想到的等同技术手段。

技术特征：
1.一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置，其特征在于，所述连接装置包括防屈曲耗能支撑内芯、钢管、让压核心套管、上部顶板和下部底板，所述钢管为所述防屈曲耗能支撑内芯的约束构件，所述防屈曲耗能支撑内芯穿过所述钢管内腔，在所述防屈曲耗能支撑内芯与所述钢管之间灌入砂浆或者混凝土连接固定组合为让压核心构件，所述让压核心套管的上部与上部顶板固定连接，所述让压核心套管的下部与下部底板固定连接，一根让压核心构件的上端与所述上部顶板连接，下端与所述下部底板连接；一组至少三根让压核心构件的上端与上部顶板连接，一组至少三根让压核心构件的下端与所述让压核心套管的中部连接；另一组至少三根让压核心构件的上端与所述让压核心套管的中部连接，另一组至少三根让压核心构件的下端与下部底板连接。2.如权利要求1所述的一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置，其特征在于，所述上部顶板的中部设有上部连接装置，所述上部连接装置分别与一根让压核心构件的上端、一组至少三根让压核心构件的上端连接。3.如权利要求2所述的一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置，其特征在于，所述上部连接装置设有连接卡槽，所述卡槽与让压核心构件的括防屈曲耗能支撑内芯的端部限位配合。4.如权利要求1～3之一所述的一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置，其特征在于，所述下部底板的中部设有下部连接装置，所述下部连接装置分别与一根让压核心构件的下端、另一组至少三根让压核心构件的下端连接。5.如权利要求4所述的一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置，其特征在于，所述下部连接装置设有连接卡槽，所述卡槽与让压核心构件的括防屈曲耗能支撑内芯的端部限位配合。6.如权利要求1～3之一所述的一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置，其特征在于，所述让压核心套管设有套管中部连接装置，所述套管中部连接装置分别与一组至少三根让压核心构件的下端、另一组至少三根让压核心构件的上端连接。7.如权利要求6所述的一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置，其特征在于，所述让压核心套管的截面呈方形，所述套管中部连接装置设有四个，分别位于四个侧面上。8.如权利要求7所述的一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置，其特征在于，所述套管中部连接装置设有卡槽，所述卡槽与让压核心构件的括防屈曲耗能支撑内芯的端部限位配合。9.如权利要求1～3之一所述的一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置，其特征在于，所述上部顶板与支护主结构的上部拱架结构板通过上部连接螺栓固定连接，所述下部底板与支护主结构的下部拱架结构板通过下部连接螺栓固定连接。

技术总结
一种新型拱架定量防屈曲让压耗能连接装置，钢管为防屈曲耗能支撑内芯的约束构件，防屈曲耗能支撑内芯穿过钢管内腔，在防屈曲耗能支撑内芯与钢管之间灌入砂浆或者混凝土连接固定组合为让压核心构件，让压核心套管的上部与上部顶板固定连接，让压核心套管的下部与下部底板固定连接，一根让压核心构件的上端与上部顶板连接，下端与下部底板连接；一组至少三根让压核心构件的上端与上部顶板连接，一组至少三根让压核心构件的下端与让压核心套管的中部连接；另一组至少三根让压核心构件的上端与让压核心套管的中部连接，另一组至少三根让压核心构件的下端与下部底板连接。本实用新型结构简单、安装方便、让压时机及让压量人为可控。控。控。


技术研发人员：王益锋 王长胜 朱佳棋 章玲祥 詹坤 余建仁 赵宝龙 包宽宽 徐立国 朱江洋 楼之江 郑应松 徐斌 钮慎安 左王斌 李清杰
受保护的技术使用者：浙江交工国际工程有限公司
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/7/23