CN108316953A - 一种新型定量让压耗能连接装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种新型定量让压耗能连接装置及制作方法，包括让压核心构件、让压核心套管、上、下部连接装置、上部顶板、下部底板、接头连接装置、滑动孔一二、上、下部连接螺栓、上、下部拱架结构；其中让压核心构件与上部顶板连接，让压核心套管与下部底板连接，上、下部连接装置分别连接于上部顶板和下部底板上，在上部连接装置上设置滑动孔一，在下部连接装置上设置滑动孔二，接头连接装置固定于滑动孔一和滑动孔二中，连接有上部连接装置和让压核心构件的上部顶板和连接有下部连接装置和让压核心套管的下部底板进行拼装，形成让压盒装结构，再通过上部连接螺栓、下部连接螺栓将让压盒装结构与上、下部拱架结构板进行连接。具有结构简单、安装方便、让压时机及让压量人为可控的优点。

Description

一种新型定量让压耗能连接装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及地下工程结构技术领域，具体涉及一种新型定量让压耗能连接装置及其制作方法。

背景技术

21世纪是全球人类地下空间开发的新纪元。我国是世界上地下空间开发规模、数量和难度最大的国家，涉及到交通、水利水电、能源等多个国家基础设施建设领域。随着我国隧道及地下工程建设进入空前繁荣期，机遇与挑战并存，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。

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.钢管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；钢管约束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；让压锚杆支护由于稳定岩层的不确定性或误差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。

发明内容

本发明的任务是提供一种适用于地下工程拱架支护的结构简单、安装方便、让压时机及让压量人为可控的一种新型定量让压耗能连接装置及制作方法，尤其适用于各种深部、软岩等大变形难支护的巷道、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。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型定量让压耗能连接装置，包括让压核心构件、让压核心套管、上部连接装置、下部连接装置、上部顶板、下部底板、接头连接装置、滑动孔一、和滑动孔二、上部连接螺栓、下部连接螺栓、支护主结构的上部拱架结构板、支护主结构的下部拱架结构；其中所述让压核心构件与上部顶板固定连接，让压核心套管与下部底板固定连接，上部连接装置连接于上部顶板上，下部连接装置连接于下部底板上，在上部连接装置上设置滑动孔一，在下部连接装置上设置滑动孔二，接头连接装置固定于上部连接装置上的滑动孔一和下部连接装置的滑动孔二中，通过接头连接装置将上部连接装置和下部连接装置紧密连接在一起，连接有上部连接装置和让压核心构件的上部顶板和连接有下部连接装置和让压核心套管的下部底板进行拼装，形成新型定量让压耗能连接装置盒装结构，再通过上部连接螺栓、下部连接螺栓将新型定量让压耗能连接装置盒装结构与支护主结构的上部拱架结构板、下部拱架结构进行连接。

优先的，所述让压核心构件为采用优质钢材或者高分子材料制成的实心圆钢、厚壁无缝圆管或者其它形状无缝钢管，所述让压核心构件进行精密的机械加工，其表面进行喷砂处理，其外径误差为±0.05mm。

进一步，所述让压核心套管采用优质钢材或者高分子材料制成，进行精密的机械加工，其表面进行喷砂处理，其外径误差为±0.05mm；

进一步，所述让压核心构件和让压核心套管为***式连接，核心套筒的内径大于让压核心构件的直径，数值小于等于0.2mm，保证核心构件和让压核心套管之间未有相对侧向位移或变形。

进一步地，所述上部顶板正中部开设一个非贯穿槽，槽的形状与让压核心构件的外形相同，尺寸和让压核心构件的直径吻合，所述让压核心构件放置于上部顶板正中部开设的非贯穿槽中，让压核心构件与上部顶板进行全熔透形成一体成型结构，其中非贯穿槽需要采用机械加工工艺，误差为±0.1mm。

进一步地，所述让压核心套管采用采用焊接形式连接于下部底板上。

进一步地，所述让压核心套管采用焊接形式连接于下部底板上。

进一步地，所述上部连接装置一焊接于上部顶板上，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，所述上部连接装置可以采用成品钢管，钢管可采用圆形或方形，也可以采用折板形式，亦可以采用四块钢板焊接的形式。

进一步地，所述下部连接装置一焊接于下部底板上，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，所述下部连接装置可以采用成品钢管，钢管可采用圆形或方形，也可以采用折板形式，亦可以采用四块钢板焊接的形式。

进一步地，所述上部连接装置与下部底板之间的间距等于所述下部连接装置与上部顶板之间的间距。

本发明还提供一种新型定量让压耗能连接装置的制作方法，包括以下步骤：

(1)合理选用让压连接装置使用的材料；

(2)加工让压连接装置的各个组成构件，让压核心构件和让压核心套筒应行精密的机械加工，其表面应进行喷砂处理，使其表面更具摩擦性能，外径误差为±0.05mm；

(3)让压核心构件和让压核心套管需要进行***连接，核心套筒的内径较让压核心构件的直径应略大，数值不应大于0.2mm，将让压核心构件初步***让压核心套管中，保证核心构件和让压核心套管之间未有相对侧向位移或变形；

(4)所述上部连接螺栓和下部连接螺栓分别设置于上部顶板和下部底板；

(5)上部顶板正中部开设一个非贯穿槽，槽的形状与让压核心构件的外形相同，尺寸略大于让压核心构件，非贯穿槽需要采用机械加工工艺，误差为±0.1mm；

(6)让压核心构件放置于所述上部顶板正中部开设的非贯穿槽中，让压核心构件和所述上部顶板通过全熔透的形式形成整体，需要保证熔透的精度；

(7)让压核心套管采用采用焊接形式连接于下部底板上；

(8)接头连接装置设置于上部连接装置一的滑动孔一的下部；

(9)上部连接装置一焊接于上部顶板上，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；

(10)下部连接装置一焊接于下部底板上，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，下部连接装置的截面形状与上部连接装置截面形状相同，下部连接装置内部长度尺寸应略大于上部连接装置内部长度尺寸，但不应超过2mm，下部连接装置进行机械矫正，误差为±0.1mm；

(11)上部连接装置一和下部连接装置二采用所述接头连接装置进行紧密连接，提高构造的整体性；

(12)所述新型定量让压耗能连接装置采用所述上部连接螺栓和下部连接螺栓与让压支护的上部拱架结构板和下部拱架结构板进行连接。

本发明的技术构思为：一种新型定量让压耗能连接装置的两个主要构件—让压核心构件和让压核心套管，最初，让压核心构件和让压核心套管进行初连接，具有一定的刚度，在外荷载的作用下，让压核心构件和让压核心套管之间接触并形成摩擦面，让压核心构件和让压核心套管之间的摩擦可以消耗一定外界传递的能量，让压核心构件和让压核心套管也可在地震作用下往复摩擦，消耗地震能量，使支护拱架成为半刚性结构，可以保证工程的安全性；当拱架受力达到一定限度的时候，定量让压装置可以通过自身的变形实现让压，具有特定的让压点和让压量，也可根据需要加工成具有不同让压点和让压量的让压装置，使用时根据需要选定；定量让压装置在受压时具有特定的荷载位移曲线形式，根据需要为压力达到一定程度时变形继续而荷载保持不变的恒阻让压形式，或变形和荷载同步缓慢增加的阻力增强型让压形式，或分阶段让压多种形式；在让压核心构件和让压核心套管外侧设置下部连接装置和上部连接装置，可以提高让压耗能构造的稳定性，再通过接头连接装置进一步保证让压构造的整体可靠性。

相对现有技术，本发明具有以下有益技术效果：

(1)结构简单，精度高，安装方便灵活，仅有让压核心构件和让压核心套管2个主要构件组成，装配简单灵活；

(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；

(3)在让压连接装置工作时，不仅仅可以调节外荷载作用下引起的变形，还可以消耗一定能量，特别在地震荷载作用下，让压核心构件和让压核心直接在地震荷载作用下将进行大量的摩擦，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；

(4)适用广，对于各种不同形状、尺寸、横截面形式、弧度的支护拱架，如矿用U型钢拱架、各种截面形式及尺寸的圆形钢管混凝土拱架等均可选用该定量让压连接装置，调整其加工尺寸即可；

(5)本发明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

图1为本发明让压装置的内部构造图。

图2本发明让压装置A-A剖面图。

图3本发明让压装置B-B剖面图。

图4本发明让压装置C-C断面图。

图5本发明让压装置D-D剖面图。

图6本发明让压装置E-E断面图。

图7本发明让压装置F-F断面图。

图8本发明让压装置G-G断面图。

图9本发明让压装置让压工作时外部图。

图10本发明让压装置工作初期时外部图。

图11本发明让压装置让压工作时内部图。

图12本发明让压装置工作初期时内部图。

图1-12中，1为让压核心构件、2为让压核心套管、3为上部连接装置、4为下部连接装置、51为上部顶板、52为下部底板、6为接头连接装置、31为滑动孔一、41为和滑动孔二、71为上部连接螺栓、72为下部连接螺栓、81为上部拱架结构板、82为下部拱架结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1

参照如图1～图12，一种新型定量让压耗能连接装置，包括让压核心构件1、让压核心套管2、上部连接装置3、下部连接装置4、上部顶板51、下部底板52、接头连接装置6、滑动孔一31、和滑动孔二41、上部连接螺栓71、下部连接螺栓72、上部拱架结构板81、下部拱架结构82。

让压核心构件1与上部顶板51进行全熔透形成整体，让压核心套管2通过焊接连接于下部底板52上，上部连接装置3连接于上部顶板51上，下部连接装置4连接于下部顶板52上，在上部连接装置3上设置滑动孔一31，在下部连接装置4上设置滑动孔二41，接头连接装置 6固定于上部连接装置3上的滑动孔中，连接有上部连接装置3和让压核心构件1的上部顶板51和连接有下部连接装置4和让压核心套管2的下部底板52进行拼装，形成盒装结构，再通过接头连接装置6将上部连接装置3和下部连接装置4紧密连接在一起，再通过上部连接螺栓71、下部连接螺栓72将让压装置盒装结构与支护主结构的上部拱架结构板81、下部拱架结构板82进行连接。

其中，让压核心构件1采用优质Q390钢材，直径采用149.80mm的实心圆钢，长度为300mm，对让压核心构件1进行精密的机械加工，其表面应进行喷砂处理，使其表面更具摩擦性能，外径误差为±0.05mm；让压核心套管2对应所述让压核心构件采用具有较大刚度的厚壁无缝钢管，对让压核心套管2进行精密的机械加工，其表面应进行喷砂处理内径为150.00mm，外径误差为±0.05mm，，长度为300mm；上部顶板51采用Q390钢材，在让上部顶板51正中部开设一个非贯穿槽，槽的形状与让压核心构件的外形相同，尺寸略大于让压核心构件，采用机械加工工艺，误差为±0.1mm，直径为155.0mm；让压核心构件1和所述上部顶板51通过全熔透的形式形成整体，需要保证熔透的精度；将所述让压核心套管2采用采用焊接形式连接于下部底板52上，下部底板52采用Q390钢材；上部连接装置一3焊接于上部顶板1上，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，上部连接装置3为四块钢板焊接而成的方钢管，外尺寸为300mm，内尺寸为280mm；下部连接装置4为四块钢板焊接而成的方钢管，外尺寸为320mm，内尺寸为302mm，焊接于下部底板52 上，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，上部顶板51和下部底板52采用Q390钢材，平面尺寸为400mm×400mm，厚度为28mm，上部连接装置3和下部连接装置4需要进行机械矫正，误差为±0.1mm；接头连接装置6通过点焊的方式设置于上部连接装置一3的滑动孔一31的下部，滑动孔一31和滑动孔32均长250mm，宽度为20mm，滑动孔一31和滑动孔32对应设置，误差不超过1mm，接头连接装置6采用M18的C级螺栓；上部连接螺栓71和下部连接螺栓72分别设置于上部顶板51和下部底板52上，根据计算采用8.8级M24的摩擦高强螺栓；该种新型定量让压耗能连接构造采用所述上部连接螺栓 51和下部连接螺栓52与让压支护的上部拱架结构板81和下部拱架结构板82进行连接。

实施例2

一种新型定量让压耗能连接装置的制作方法，包括以下步骤：

(1)合理选用让压装置使用的材料；

(2)加工让压构造中的各个组成构件，让压核心构件1和压核心套筒2应进行精密的机械加工，其表面应进行喷砂处理，使其表面更具摩擦性能，外径误差为±0.05mm；

(3)让压核心构件1和让压核心套管2需要进行***连接，核心套筒2的内径较让压核心构件1的直径应略大，数值不应大于0.2mm，将让压核心构件1初步***让压核心套管2中，保证核心构件1和让压核心套管2之间未有相对侧向位移或变形；

(4)上部连接螺栓71和下部连接螺栓72分别设置于上部顶板51和下部底板52；

(5)上部顶板51正中部开设一个非贯穿槽，槽的形状与让压核心构件1的外形相同，尺寸略大于让压核心构件1，非贯穿槽需要采用机械加工工艺，误差为±0.1mm；

(6)让压核心构件1放置于所述上部顶板51正中部开设的非贯穿槽中，让压核心构件 1和所述上部顶板51通过全熔透的形式形成整体，需要保证熔透的精度；

(7)让压核心套管2采用采用焊接形式连接于下部底板52上；

(8)接头连接装置6设置于上部连接装置一的滑动孔一31的下部；

(9)上部连接装置3一焊接于上部顶板51上，上部连接装置3的截面形心和上部顶板表面51的形心在同一条铅垂线上；

(10)下部连接装置4一焊接于下部底板52上，下部连接装置4的截面形心和下部底板 52表面的形心在同一条铅垂线上，下部连接装置4的截面形状与上部连接装置3截面形状相同，下部连接装置4内部长度尺寸应略大于上部连接装置3内部长度尺寸，但不应超过2mm，下部连接装置4进行机械矫正，误差为±0.1mm；

(11)上部连接装置一和下部连接装置二采用所述接头连接装置进行紧密连接，提高构造的整体性；

(11)该种新型定量让压耗能连接装置采用所述上部连接螺栓51和下部连接螺栓52与让压支护的上部拱架结构板81和下部拱架结构板82进行连接。

通过上述制作方法得到的一种新型定量让压耗能连接装置的两个主要构件——让压核心构件和让压核心套管，最初，让压核心构件和让压核心套管进行初连接，具有一定的刚度，在外荷载的作用下，让压核心构件和让压核心套管之间接触并形成摩擦面，让压核心构件和让压核心套管之间的摩擦可以消耗一定外界传递的能量，让压核心构件和让压核心套管也可在地震作用下往复摩擦，消耗地震能量，使支护拱架成为半刚性结构，可以保证工程的安全性；当拱架受力达到一定限度的时候，定量让压装置可以通过自身的变形实现让压，具有特定的让压点和让压量，也可根据需要加工成具有不同让压点和让压量的让压装置，使用时根据需要选定；定量让压装置在受压时具有特定的荷载位移曲线形式，根据需要为压力达到一定程度时变形继续而荷载保持不变的恒阻让压形式，或变形和荷载同步缓慢增加的阻力增强型让压形式，或分阶段让压多种形式；在让压核心构件和让压核心套管外侧设置下部连接装置和上部连接装置，可以提高让压耗能构造的稳定性，再通过接头连接装置进一步保证让压构造的整体可靠性。

Claims (10)

1.一种新型定量让压耗能连接装置，其特征在于，包括让压核心构件、让压核心套管、上部连接装置、下部连接装置、上部顶板、下部底板、接头连接装置、滑动孔一、和滑动孔二、上部连接螺栓、下部连接螺栓、支护主结构的上部拱架结构板、支护主结构的下部拱架结构；其中所述让压核心构件与上部顶板固定连接，让压核心套管与下部底板固定连接，上部连接装置连接于上部顶板上，下部连接装置连接于下部底板上，在上部连接装置上设置滑动孔一，在下部连接装置上设置滑动孔二，接头连接装置固定于上部连接装置上的滑动孔一和下部连接装置的滑动孔二中，通过接头连接装置将上部连接装置和下部连接装置紧密连接在一起，连接有上部连接装置和让压核心构件的上部顶板和连接有下部连接装置和让压核心套管的下部底板进行拼装，形成新型定量让压耗能连接装置盒装结构，再通过上部连接螺栓、下部连接螺栓将新型定量让压耗能连接装置盒装结构与支护主结构的上部拱架结构板、下部拱架结构进行连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型定量让压耗能连接装置，其特征在于，所述让压核心构件为采用优质钢材或者高分子材料制成的实心圆钢、厚壁无缝圆管或者其它形状无缝钢管，所述让压核心构件进行精密的机械加工，其表面进行喷砂处理，其外径误差为±0.05mm。

3.根据权利要求1所述的一种新型定量让压耗能连接装置，其特征在于，所述让压核心套管采用优质钢材或者高分子材料制成，进行精密的机械加工，其表面进行喷砂处理，其外径误差为±0.05mm。

4.根据权利要求1所述的一种新型定量让压耗能连接装置，其特征在于，所述让压核心构件和让压核心套管为***式连接，核心套筒的内径大于让压核心构件的直径，数值小于等于0.2mm，保证核心构件和让压核心套管之间未有相对侧向位移或变形。

5.根据权利要求1所述的一种新型定量让压耗能连接装置，其特征在于，所述上部顶板正中部开设一个非贯穿槽，槽的形状与让压核心构件的外形相同，尺寸和让压核心构件的直径吻合，所述让压核心构件放置于上部顶板正中部开设的非贯穿槽中，让压核心构件与上部顶板进行全熔透形成一体成型结构，其中非贯穿槽需要采用机械加工工艺，误差为±0.1mm。

6.根据权利要求1所述的一种新型定量让压耗能连接装置，其特征在于，所述让压核心套管采用采用焊接形式连接于下部底板上。

7.根据权利要求1所述的一种新型定量让压耗能连接装置，其特征在于，所述让压核心套管采用焊接形式连接于下部底板上。

8.根据权利要求1所述的一种新型定量让压耗能连接装置，其特征在于，所述上部连接装置一焊接于上部顶板上，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，所述上部连接装置可以采用成品钢管，钢管可采用圆形或方形，也可以采用折板形式，亦可以采用四块钢板焊接的形式。

9.根据权利要求1所述的一种新型定量让压耗能连接装置，其特征在于，所述下部连接装置一焊接于下部底板上，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，所述下部连接装置可以采用成品钢管，钢管可采用圆形或方形，也可以采用折板形式，亦可以采用四块钢板焊接的形式。

10.一种权利要求1-9所述的新型定量让压耗能连接装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)合理选用让压连接装置使用的材料；

(2)加工让压连接装置的各个组成构件，让压核心构件和压核心套筒应行精密的机械加工，其表面应进行喷砂处理，使其表面更具摩擦性能，外径误差为±0.05mm；

(3)让压核心构件和让压核心套管需要进行***连接，核心套筒的内径较让压核心构件的直径应略大，数值不应大于0.2mm，将让压核心构件初步***让压核心套管中，保证核心构件和让压核心套管之间未有相对侧向位移或变形；

(4)所述上部连接螺栓和下部连接螺栓分别设置于上部顶板和下部底板；

(5)上部顶板正中部开设一个非贯穿槽，槽的形状与让压核心构件的外形相同，尺寸略大于让压核心构件，非贯穿槽需要采用机械加工工艺，误差为±0.1mm；

(6)让压核心构件放置于所述上部顶板正中部开设的非贯穿槽中，让压核心构件和所述上部顶板通过全熔透的形式形成整体，需要保证熔透的精度；

(7)让压核心套管采用采用焊接形式连接于下部底板上；

(8)接头连接装置设置于上部连接装置一的滑动孔一的下部；

(9)上部连接装置一焊接于上部顶板上，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；

(10)下部连接装置一焊接于下部底板上，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，下部连接装置的截面形状与上部连接装置截面形状相同，下部连接装置内部长度尺寸应略大于上部连接装置内部长度尺寸，但不应超过2mm，下部连接装置进行机械矫正，误差为±0.1mm；

(11)上部连接装置一和下部连接装置二采用所述接头连接装置进行紧密连接，提高构造的整体性；

(12)所述新型定量让压耗能连接装置采用所述上部连接螺栓和下部连接螺栓与让压支护的上部拱架结构板和下部拱架结构板进行连接。