CN111088800A - 一种由钢管与h型钢标准件组成的装配式内支撑体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系，该支撑体系是由钢管支撑和H型钢标准件、钢弦梁、型钢围檩标准件、变截面连接键、变向传力键、联系梁、预应力加载装置、T型装配键和十字型装配键等组成；钢弦梁是由H型钢标准件与钢索和变向传力键装配而成，其跨度达到12米至65米，变向传力键分布在钢弦梁的两端；变向传力键与钢支撑标准件采用螺栓连接；钢管支撑标准件与钢围檩标准件之间用连接键采用螺栓装配。该支撑体系的安装简单快捷，具体绿色与创新的技术特点以及重要社会与经济价值。

Description

一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，涉及深基坑支护的一种钢结构内支撑体系。

背景技术

随着城市化和地下空间的不断开发利用，高层建筑的建造、大型市政设施的施工、以及大量地下空间和城市轨道交通的开发促使基坑工程的支护结构向快速、节能、绿色环保和标准件装配式结构的方向发展。目前基坑工程逐渐呈现发展速度快、分布区域广、基坑面积大、形状不规则、开挖深、周边环境复杂等特点。越来越多的大型深基坑工程需要安全、便捷、快速和经济的支护技术，基坑工程的支护技术创新具有紧迫感。由于常用的钢筋混凝土内支撑或普通的钢支撑支护结构存在着施工速度慢、拆除产生噪音、粉尘和垃圾，对工程环境产生不利影响等问题，严重妨碍了人们的生活与健康。

目前常用的钢支撑主要有预应力组合H型钢支撑和钢管支撑二类，通常需要在钢围檩上密集分布着一根根的钢管支撑梁或H型钢支撑梁，才能满足受力和变形要求。支撑梁都是独立工作的，难以组合成桁架结构，独立分布的圆形钢管支撑梁或H型钢支撑梁，受压时弯曲变形严重，尤其是H型钢支撑梁在弱轴方向的弯曲变形更加严重。随着地下装配式结构的推进，密集的支撑梁阻碍了地下装配式构件的吊运。为此，研发一种大跨度的内支撑支护结构，形成一个较大的支护空间，同时能将普通的钢管支撑材料给予充分利用，已成为工程界的迫切任务。

经过大量的技术创新和试验研究，我们设计制造了一些标准化的连接转换键、变向传力键、装配键和钢弦梁，形成了较大支护跨度，同时能将圆钢管支撑梁与预应力钢弦梁结构结合起来组成各种形状的内支撑结构，并提高了钢管支撑梁的组合稳定性，该结构可实现对基坑变形的可靠控制，对支撑材料实现回收与重复利用，达到基坑工程的绿色支护与节能减耗的目标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：

所述的一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系，是由钢管支撑和H型钢标准件、钢弦梁、变截面连接键、变向传力键、预应力加载装置和装配键组成；

所述的钢弦梁是由H型钢标准件与钢索和变向传力键组合而成，变向传力键分布在两端，其跨度达到12米至65米，呈弧形结构，水平放置于基坑竖向围护桩墙一侧的大跨度梁；钢弦梁是分布在两组支撑梁之间的，通过两端的变向传力键连接预应力钢索形成的大跨度梁，支撑梁与变向传力键相连接构成一组内支撑结构。

进一步，钢弦梁的跨度大于20米或支撑梁的长度大于25米时需要设置立柱将支撑梁和钢弦梁托起，约束支撑梁和钢弦梁沿Z轴方向的移动

所述的H型钢标准件是一种上、下翼缘布置连接螺孔、端部焊接封板和肋板并布置连接螺孔的构件，长度按模数化设计，H型钢规格为H300×300、H350×350、H400×400和H428×407。

所述的钢管标准件是在端部设置连接法兰盘和加劲肋，沿法兰盘周边布置有连接螺孔，长度按模数化设计，钢管的规格为φ609×16、φ609×12、φ800×16和φ800×20；钢管支撑标准件与钢围檩标准件及钢弦梁之间通过连接键连接。

所述的变向传力键是一种改变支撑作用力方向的功能键，其外形主要有直角三角形和矩形，实现45度、90度、90度～45度和135度的作用力变向传递；变向传力键与钢支撑标准件采用螺栓连接。

所述的预应力加载装置是对支撑梁施加轴向预应力的装置，是由承载转换键、楔形保力键、伸缩键、加载千斤顶安装仓、千斤顶和连接螺栓组成。

所述的装配键主要有T型和十字型二种；T型装配键和十字型装配键是钢管支撑梁标准件与联系梁之间的连接构件；T型装配键的轴向两端与钢管标准件的法兰盘连接，垂直于轴向端与联系梁相连；十字型装配键是X轴两端与钢管标准件的法兰盘连接，Y轴的两端与联系梁相连。

所述的一组长对撑梁结构是由多根平行的钢管支撑梁并设置T型或十字型装配键组合成整体，通过变向传力键与二组斜向支撑梁装配而成。

所述的大跨度的支撑结构是由多根钢管支撑梁通过变向传力键与二组斜向支撑梁和钢弦梁装配而成。

有益效果，本发明所述的钢支撑体系，具有承载能力高，承载跨度大，支护刚度大等特点，实现了基坑支护的大跨度支撑目标。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1、钢管支撑梁与钢弦梁组合装配的大跨度支撑体系示意图。

图2、钢管标准件的三维示意图。

图3、H型钢标准件的三维示意图。

图4、钢管与H型钢之间的变截面连接键三维示意图

图5、预应力加载装置的三维示意图

图6、钢弦梁示意图

图7、T型装配键的三维示意图

图8、十字型装配键的三维示意图

图9、多根钢管支撑梁与变向三角形传力键组合成的八字形支撑体系。

图10、钢管支撑梁与钢弦梁成锐角布置装配形成的的支撑体系。

图11、钢管支撑梁与钢弦梁成钝角布置装配形成的的支撑体系。

图12、90度～45度变向三角形传力键的示意图

图13 45度变向三角形传力键的示意图

图14 135度变向三角形传力键的示意图

图15 90度变向矩形传力键的示意图

图中：1—H型钢围檩，11—等截面连接端，12—加劲板，13—连接螺孔，2—钢弦梁，21—腹杆，22—钢索，23—联系杆，24—变向三角形传力键，25—变向矩形传力键，3—钢管支撑梁标准件，31—圆钢管连接法兰盘，33—T型连接键,34—十字型连接键，35—法兰盘劲板，36—型钢连接端，4—加载保力装置，41—承载转换键，42—楔形保力键，43—伸缩键，44—连接螺栓，45—加载千斤顶安装仓。5—变截面连接键，51—变截面连接键与钢管连接面，52—变截面连接键与H型钢连接面，53—传力劲板。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

这种装配式钢管与H型钢标准件构成的大跨度内支撑体系，是由多种标准件和功能键组成。其中：标准构件主要有：H型钢围檩1，如图2所示；钢管支撑梁标准件3，如图3所示；钢弦梁2，如图6所示。

功能键主要有：变截面连接键5，如图4所示；加载保力装置4，如图5所示；T型连接键33，如图7所示；十字型连接键34，如图8所示；变向三角形传力键24，如图12、13、14所示；变向矩形传力键25，如图15所示。

从图2可以看出，钢管标准件3是由钢管和带装配连接孔的法兰盘31组成，钢管的规格主要有φ609×16、φ609×12、φ800×16和φ800×20。

从图3可以看出，H型钢围檩1标准件，是通过在H型钢的两端焊接等截面连接端11、沿轴向焊接均布的加劲板12，并在两侧的翼缘板上分布规则的连接螺孔13。H型钢规格主要有：H300×300、H350×350、H400×400和H428×407等。

从图6可看出，完整的钢弦梁2标准件，是由腹杆21、钢索22、联系杆23和变向三角形传力键24组成，也可由变向矩形传力键25代替变向三角形传力键24来传递作用力和锁定钢索22的。

从图4可看出，变截面连接键5，变截面连接键5具有与钢管连接面51、H型钢连接面52和传力劲板53，其作用是实现钢管支撑梁2与H型钢围檩3之间的装配连接，或钢管支撑梁2与H型钢支撑梁的连接。

从图5可以看出，加载保力装置4是由承载转换键41、楔形保力键42、伸缩键43、连接螺栓44和加载千斤顶安装仓45组成，实现了钢支撑预应力的施加与调节。

从图7和图8可以看出，T型连接键33和十字型连接键34均具有圆钢管连接法兰盘31、法兰盘劲板35和型钢连接端36，实现了相互平行的钢管支撑梁2之间的装配式连接。

从图12可以看出，通过这个90-45度变向传力键，将钢索的轴向拉力转变为垂直作用于围檩的反作用于力，实现了钢索的锁定与力的传递。

从图13可以看出，这是一个将支撑梁的45度作用力转变为垂直于钢弦梁围檩和平行于围檩的二个作用力。

从图14可以看出，这是一个将支撑梁的轴向作用力转变为与之成135度方向的二个作用力。

实例一、无立柱支承的钢管支撑梁和钢弦梁组合而成的支撑结构。

从图1可以看出，在钢管支撑梁3的长度不大于25米时，当通过钢管支撑梁3自身较大的抗弯截面模量，能足够抵挡自重及施工载荷引起的挠度影响，并保持稳定时，将不设立柱。该支撑结构是由钢弦梁2、通过两端的变向矩形传力键25，与钢管支撑梁标准件3装配组合。利用T型连接键33，实现了二根钢管支撑梁3之间的连接，形成整体。在钢管支撑梁3的两端分别装配了加载保力装置4和变截面连接键5，实现了对支撑梁3的预应力施加和与变向矩形传力键25之间的装配连接。该支撑体系，能将传统分散布置的支撑梁集中组合在一起，利用钢弦梁2的高刚度，形成了一个较大的施工空间，便于开挖及整体装配式的地下结构顺利吊装到位。

实例二、钢管支撑梁和变向三角形传力键装配成八字形支撑体系

从图9可以看出，钢管支撑梁3通过135度变向三角形传力键装配成一个八字形的支撑体系。在该支撑体系中，八字形支撑梁3与围檩1的连接是通过一个45度变向三角形传力键24来实现的，解决了斜向支撑梁3的等长度和等刚度受力难题。

实例三、钢管支撑梁与钢弦梁成钝角分布的预应力支撑结构

从图10可以看出，二组斜向钢管支撑梁3与钢弦梁2组成等腰直角三角形分布的预应力支撑结构。该支撑体系主要有钢管梁3、钢弦梁2、135度变向三角传力键24、T型连接键3、加载保力装置4和变截面连接键5等组成。一组垂直的钢管支撑梁3，通过135度变向三角形传力键，连接二组斜向钢管支撑梁3产生的水平分力与钢弦梁2中钢索产生的水平分力之作用方向相反，从而减少了钢弦梁3之围檩的轴向压力。

实例四、钢管支撑梁与钢弦梁成锐角分布的预应力支撑结构

从图11可以看出，分布于钢弦梁2两端的钢管支撑梁3与钢弦梁成钝角分布。钢管支撑梁3通过90度～45度变向传力键，产生一个垂直于钢弦梁2的作用力，用于平衡基坑的水土压力，同时产生一个水平轴向分力与钢弦梁2的钢索张拉产生的轴向力叠加，从而增大了钢弦梁3之围檩的轴向压力。通过该种支撑结构，可以将基坑相邻两侧边的水土压力实现平衡。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系，其特征是：装配式内支撑体系是由钢管支撑和H型钢标准件、钢弦梁、变截面连接键、变向传力键、预应力加载装置和装配键组成；钢弦梁是由H型钢标准件与钢索和变向传力键组合而成，变向传力键分布在两端，其跨度达到12米至65米，呈弧形结构，水平放置于基坑竖向围护桩墙一侧的大跨度梁；变向传力键是将支撑梁或钢弦梁的作用力改变方向后传递的功能键，与钢支撑标准件采用螺栓连接；钢管支撑标准件与钢围檩标准件及钢弦梁之间通过变截面连接键连接；装配键主要有T型和十字型二种。

2.根据权利要求1所述的一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系，其特征是：H型钢标准件是一种上、下翼缘布置连接螺孔、端部焊接封板和肋板并布置连接螺孔的构件，长度按模数化设计，H型钢规格为H300×300、H350×350、H400×400和H428×407。

3.根据权利要求1所述的一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系，其特征是：钢管标准件是在端部设置连接法兰盘和加劲肋，沿法兰盘周边布置有连接螺孔，长度按模数化设计，钢管的规格为φ609×16、φ609×12、φ800×16和φ800×20。

4.根据权利要求1所述的一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系，其特征是：变向传力键是一种改变支撑作用力方向的功能键，其外形主要有直角三角形和矩形，实现45度、90度、90度～45度和135度变向的作用力传递。

5.根据权利要求1所述的一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系，其特征是：钢弦梁的跨度大于20米或支撑梁的长度大于25米时需要设置立柱将支撑梁和钢弦梁托起，约束支撑梁和钢弦梁沿Z轴方向的移动。

6.根据权利要求1所述的一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系，其特征是：钢弦梁是分布在两组支撑梁之间的，通过两端的变向传力键连接预应力钢索形成的大跨度梁，支撑梁与变向传力键相连接构成一组内支撑结构。

7.根据权利要求1所述的一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系，其特征是：预应力加载装置是对支撑梁施加轴向预应力的装置，是由承载转换键、楔形保力键、伸缩键、加载千斤顶安装仓、千斤顶和连接螺栓组成。

8.根据权利要求1所述一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系，其特征是：T型装配键和十字型装配键是钢管支撑梁标准件与联系梁之间的连接构件；T型装配键的轴向两端与钢管标准件的法兰盘连接，垂直于轴向端与联系梁相连；十字型装配键是X轴两端与钢管标准件的法兰盘连接，Y轴的两端与联系梁相连。

9.根据权利要求1所述一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系，其特征是：一组长对撑梁结构是由多根平行的钢管支撑梁并设置T型或十字型装配键组合成整体，通过变向传力键与二组斜向支撑梁装配而成。

10.根据权利要求1所述的一种由钢管与H型钢标准件组成的装配式内支撑体系，其特征是：大跨度的支撑结构是由多根钢管支撑梁通过变向传力键与二组斜向支撑梁和钢弦梁装配而成。

Images