CN108331599A - 一种定量让压耗能连接装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种定量让压耗能连接装置，主要核心构件的两端通过焊接与上部拱架结构板以及下部拱架结构固定连接，次要核心构件一和次要核心构件二焊接于主要核心构件上形成“十”字结构，其中主要核心构件、次要核心构件一、次要核心构件二的外围通过盖板一、盖板二以及套筒组合成一个封闭结构；上、下部连接装置连接于上部顶板上和下部底板上，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，通过接头连接装置将上部连接装置、上部顶板、下部连接装置和下部底板进行拼装，形成定量让压耗能连接装置盒装结构。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

一种定量让压耗能连接装置及制作方法

技术领域

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

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.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。

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：一种定量让压耗能连接装置，包括主要核 心构件、次要核心构件一、次要核心构件二、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；

所述主要核心构件的两端通过焊接与上部拱架结构板以及下部拱架结构固定连接，次要 核心构件一和次要核心构件二焊接于主要核心构件上形成“十”字结构，其中主要核心构件、 次要核心构件一、次要核心构件二的外围通过盖板一、盖板二以及套筒组合成一个封闭结构， 在封闭结构中灌注灌浆料；

所述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，将上部连接装置、上部顶板、下部连接装置和下部底板进行拼装，形成 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，所述主要核心构件、次要核心构件一和次要核心构件二的表面黏贴无粘结材料。 其中表面黏贴无粘结材料的目的是为了防止主要核心构件、次要核心构件一和次要核心构件 二与灌浆料发生粘结。。

进一步地，所述灌浆料为混凝土，或者砂浆。

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，所述接头连接装置采用铆钉、普通螺栓或者销轴形式。

进一步地，所述主要核心构件、次要核心构件一、次要核心构件二均采用软钢材料。

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)合理选用定量让压耗能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，主要核心构件和次要核心构件应行精密的机械 加工，其表面应进行喷砂处理，使其表面更具摩擦性能；

(3)主要核心构件的两端通过焊接与上部拱架结构板以及下部拱架结构固定连接，次要 核心构件一和次要核心构件二焊接于主要核心构件上形成“十”字结构，其中主要核心构件、 次要核心构件一、次要核心构件二的外围通过盖板一、盖板二以及套筒组合成一个封闭结构， 在封闭结构中灌注灌浆料；

(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)接头连接装置设置于上部连接装置一的滑动孔一的下部；

(6)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；

(7)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；

(8)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；

(9)所述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：上述定量让压耗能连接装置的两个构件：主要核心构件和次要核 心构件，其中主要核心构件的两端通过焊接与上部拱架结构板以及下部拱架结构固定连接， 次要核心构件一和次要核心构件二焊接于主要核心构件上形成“十”字结构，其中主要核心 构件、次要核心构件一、次要核心构件二的外围通过盖板一、盖板二以及套筒组合成一个封 闭结构，在封闭结构中灌注灌浆料。其中次要核心构件一和次要核心构件二焊接于主要核心 构件上形成“十”字结构，形成核心为一防屈曲构造，提供很大的抗侧刚度和承载；外围的 构件是防止了核心构件在受力时发生屈曲的；在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，仅有主要核心构件和次要核心构件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，其中次要核心构件一和次要核心构件二焊接于主要核心构 件上形成“十”字结构，形成核心为一防屈曲构造，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本发明让压装置工作初期时外部图。

图10本发明让压装置让压工作时内部图。

图11本发明让压装置工作初期时内部图。

图1-1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、11为 主要核心构件、12为次要核心构件一、13为次要核心构件二、21为盖板一、22为盖板二、 23为套筒、8为灌浆料、10为无粘结材料。

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11，一种定量让压耗能连接装置，包括主要核心构件11、次要核心构件 一12、次要核心构件二13、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；

所述主要核心构件11的两端通过焊接与上部拱架结构板81以及下部拱架结构82固定连 接，次要核心构件一12和次要核心构件二13焊接于主要核心构件11上形成“十”字结构， 其中主要核心构件、次要核心构件一、次要核心构件二的外围通过盖板一21、盖板二22以 及套筒23组合成一个封闭结构，在封闭结构中灌注灌浆料9；所述主要核心构件、次要核心 构件一和次要核心构件二的表面黏贴无粘结材料10；

所述上部连接装置3连接于上部顶板51上，下部连接装置4连接于下部底板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，将上部连接装置、上部顶板、下部连接装置和下 部底板进行拼装，形成定量让压耗能连接装置盒装结构，再通过上部连接螺栓71、下部连接 螺栓72将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81、下部拱架结 构82进行连接。

其中，所述主要核心构件、次要核心构件一、次要核心构件二均采用软钢材料，采用软 钢材料位移大；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)合理选用定量让压耗能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，主要核心构件和次要核心构件应行精密的机械 加工，其表面应进行喷砂处理，使其表面更具摩擦性能；

(3)主要核心构件的两端通过焊接与上部拱架结构板以及下部拱架结构固定连接，次要 核心构件一和次要核心构件二焊接于主要核心构件上形成“十”字结构，其中主要核心构件、 次要核心构件一、次要核心构件二的外围通过盖板一、盖板二以及套筒组合成一个封闭结构， 在封闭结构中灌注灌浆料；

(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)接头连接装置设置于上部连接装置一的滑动孔一的下部；

(6)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；

(7)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；

(8)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；

(9)所述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。

通过上述制作方法得到的定量让压耗能连接装置的核心构件：主要核心构件和次要核心 构件，主要核心构件的两端通过焊接与上部拱架结构板以及下部拱架结构固定连接，次要核 心构件一和次要核心构件二焊接于主要核心构件上形成“十”字结构，其中主要核心构件、 次要核心构件一、次要核心构件二的外围通过盖板一、盖板二以及套筒组合成一个封闭结构， 在封闭结构中灌注灌浆料。其中次要核心构件一和次要核心构件二焊接于主要核心构件上形 成“十”字结构，形成核心为一防屈曲构造，提供很大的抗侧刚度和承载；外围的构件是防 止了核心构件在受力时发生屈曲的；在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 (9)

1.一种定量让压耗能连接装置，其特征在于，包括主要核心构件、次要核心构件一、次要核心构件二、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；

所述主要核心构件的两端通过焊接与上部拱架结构板以及下部拱架结构固定连接，次要核心构件一和次要核心构件二焊接于主要核心构件上形成“十”字结构，其中主要核心构件、次要核心构件一、次要核心构件二的外围通过盖板一、盖板二以及套筒组合成一个封闭结构，在封闭结构中灌注灌浆料；

所述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，将上部连接装置、上部顶板、下部连接装置和下部底板进行拼装，形成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所述的一种定量让压耗能连接装置，其特征在于，所述主要核心构件、次要核心构件一和次要核心构件二的表面黏贴无粘结材料。

3.根据权利要求1所述的一种定量让压耗能连接装置，其特征在于，所述灌浆料为混凝土，或者砂浆。

4.根据权利要求1所述的一种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。

5.根据权利要求1所述的一种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。

6.根据权利要求1所述的一种定量让压耗能连接装置，其特征在于，所述接头连接装置采用铆钉、普通螺栓或者销轴形式。

7.根据权利要求1所述的一种定量让压耗能连接装置，其特征在于，所述主要核心构件、次要核心构件一、次要核心构件二均采用软钢材料。

8.根据权利要求1所述的一种定量让压耗能连接装置，其特征在于，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。

9.一种权利要求1-8所述的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)合理选用定量让压耗能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，主要核心构件和次要核心构件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；

(3)主要核心构件的两端通过焊接与上部拱架结构板以及下部拱架结构固定连接，次要核心构件一和次要核心构件二焊接于主要核心构件上形成“十”字结构，其中主要核心构件、次要核心构件一、次要核心构件二的外围通过盖板一、盖板二以及套筒组合成一个封闭结构，在封闭结构中灌注灌浆料；

(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)接头连接装置设置于上部连接装置一的滑动孔一的下部；

(6)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；

(7)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；

(8)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；

(9)所述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。