用于钢支撑上的轴力调节用弹性装置及钢支撑安装结构的制作方法

本实用新型属于钢支撑技术领域，特别涉及用于钢支撑上的轴力调节用弹性装置及钢支撑安装结构。

背景技术：

钢支撑指运用钢管、H型钢、角钢等增强工程结构的稳定性。目前钢支撑在地铁、基坑围护方面被广泛应用，地铁施工中用到钢支撑组件包括固定端、活络接头端。两端均通过钢围檩与对应侧的围护桩或地连墙连接。钢支撑在安装使用时，均施加有一个预加应力，也称预加轴向力，该预加轴向力最好是稳定在一定范围内，过大或过小都会对支护的稳定性产生不利影响。钢支撑在使用过程中，随施工环境温度的变化，会发生热胀冷缩，这样会导致钢支撑的轴力发生变化，在温差越大时，轴力变化越明显。目前国内对于温差对钢支撑轴力影响这一现象采取的措施是：根据天气的变化，事后或预先对钢支撑的轴力进行调整，但因为一般在施工中采用的钢支撑数量较多，并且一天之中温度随时都在变化，所以此调整往往是滞后的。这样，就导致钢支撑的轴力的变化超过设定的范围，从而不能保证支撑的稳定性，降低了工程施工的安全性。

技术实现要素：

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于钢支撑上的轴力调节用弹性装置及钢支撑安装结构，该弹性装置可自动随时调节温差对钢支撑轴力的影响，避免安全事故的发生，同时能降低人力施工成本，该钢支撑安装结构在温度变化时，可大幅度降低轴力的变化，从而可达到较好的支撑效果。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种用于钢支撑上的轴力调节用弹性装置，其特征在于：包括内筒和与内筒同轴设置的外筒，外筒沿轴向可移动式套装于内筒上，在内筒的外轮廓面上靠近一端的位置设置有限位外台阶面，在内筒的另一端同轴焊接有第一 法兰盘，在外筒的内孔部位靠近一端的位置设有限位内台阶面，在外筒设置限位内台阶面的一端同轴焊接有第二法兰盘，第二法兰盘和第一法兰盘相对设置，所述内筒与外筒通过限位外台阶面与限位内台阶面的接触配合能形成沿轴向方向的限位；在内筒里设置有弹性压件，弹性压件的两端分别与第一法兰盘的内端面和第二法兰盘的内端面形成接触；在第一法兰盘的内端面与内筒的外表面之间及第二法兰盘的内端面与外筒的外表面之间在沿圆周方向上均布焊接有多个加强筋；弹性装置整体串接于钢支撑上靠近一端的位置，或安装在钢支撑的固定端位置，形成弹性固定端结构。

优选的：所述弹性压件采用压簧结构。

优选的：在第一法兰盘的内端面上与压簧配合的部位焊接有定位柱，所述压簧套装在定位柱上，定位柱的高度小于压簧压缩到极限位的高度。

优选的：在第一法兰盘的内端面上和第二法兰盘的内端面上设置有相对应的压簧安装槽，压簧的两端分别插装于位于两端的压簧安装槽内。

一种钢支撑安装结构，包括钢支撑本体，钢支撑本体的一端为固定端，钢支撑本体的另一端为活络接头端，钢支撑本体的两端均通过钢围檩顶压在位于两侧的地连墙上或围护桩上，其特在于：在钢支撑本体上串接有上述轴力调节用弹性装置，或钢支撑本体的固定端采用上述轴力调节用弹性装置。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

在钢支撑上采用本轴力调节用弹性装置，在温度升高导致钢支撑沿轴向伸长时，通过弹性压件缩短来进行部分轴力抵消，而当温度降低导致钢支撑沿轴向缩短时，通过弹性压件伸长来进行部分轴力抵消，这样，就会大幅度降低钢支撑的轴向力的变化，使钢支撑的预加轴向力稳定在适合的范围内，提高了支撑的稳定性，避免了安全事故的发生，另外，由于在温度变化时，可自动随时进行轴力调节，这样，就不需要在人工进行调节，从而也大幅度节省了人力施工成本。采用本轴力调节用弹性装置的钢支撑安装结构达到了较好的支撑效果。

附图说明

图1是本实用新型轴力调节用弹性装置的结构示意图；

图2是本实用新型钢支撑结构的结构示意图。

图中：1、内筒；1-1、限位外台阶面；2、外筒；2-1、限位内台阶面；3、第一法兰盘；4、第二法兰盘；5、弹性压件；6、加强筋；7、定位柱；1、钢支撑本体；1-1、固定端；1-2、活络接头端；2、钢围檩；3、地连墙；4、支座；5、钢支撑座。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种用于钢支撑上的轴力调节用弹性装置，请参见图1，包括内筒1和与内筒同轴设置的外筒2，外筒沿轴向可移动式套装于内筒上。在内筒的外轮廓面上靠近一端的位置设置有限位外台阶面1-1，在内筒的另一端同轴焊接有第一法兰盘3。在外筒的内孔部位靠近一端的位置设有限位内台阶面2-1，在外筒设置限位内台阶面的一端同轴焊接有第二法兰盘4。第二法兰盘和第一法兰盘相对设置，即两个法兰盘分别设置在整个弹性装置的轴向两端位置。所述内筒与外筒通过限位外台阶面与限位内台阶面的接触配合能形成沿轴向方向的限位。在内筒里设置有弹性压件5，弹性压件的两端分别与第一法兰盘的内端面和第二法兰盘的内端面形成接触。在第一法兰盘的内端面与内筒的外表面之间、第二法兰盘的内端面与外筒的外表面之间均在沿圆周方向上均布焊接有多个加强筋6，具体的，可采用附图所述的三角形加强筋结构，这样，通过加强筋保证了第一法兰盘与内筒的连接强度及第二法兰盘与外筒的连接强度。弹性装置整体串接于钢支撑上靠近一端的位置，具体的，弹性装置的两端法兰盘分别与一段钢支撑连接，多段钢支撑及弹性装置整体连接形成整个钢支撑结构。或者弹性装置安装在钢支撑的固定端位置，形成弹性固定端结构，即通过弹性装置替代了现有的固定端结构。

上述结构中，所述弹性压件优选采用压簧。压簧根据具体的使用情况，可采用一个或多个。此外，弹性压件也可采用碟簧等其他结构。

上述结构中，为提高压簧安装的稳定性和方便弹性装置的组装制作，压簧优选通过如下两种方式进行定位：

方式一：在第一法兰盘的内端面上与压簧配合的部位焊接有定位柱，所述压簧套装在定位柱7上，定位柱的高度小于压簧压缩到极限位的高度。具 体的，定位柱的数量与压簧的数量一致，当压簧为多个时，多个压簧一一套装在多个定位柱上。

方式二：在第一法兰盘的内端面上和第二法兰盘的内端面上设置有相对应的压簧安装槽，压簧的两端分别插装于位于两端的压簧安装槽内。具体的，位于两端的压簧安装槽的数量均与压簧的数量一致，当压簧为多个时，多个压簧一一插装于在多个对应的压簧安装槽内。上述压簧安装槽在附图中未示意出。

本用于钢支撑上的轴力调节用弹性装置的制作方法为：

1)单独加工内筒、外筒、第一法兰盘、第二法兰盘、多个加强筋及作为弹性压件的压簧等构件。其中压簧的具体性能、尺寸要根据钢支撑预加轴力及轴力允许变动范围来研制，研制过程中也要照顾钢支撑的尺寸要求，压簧的数量可采用多个；在压簧的性能和尺寸确定后，再确定内筒和外筒的尺寸；根据应用的钢支撑的横截面尺寸来确定两法兰盘的尺寸；

2)将内、外两个筒套在一起后，将内筒与第一法兰盘焊接在一起，并焊接上连接内筒与第一法兰盘的多个加强筋，在第一法兰盘的内端设置有压簧定位柱的情况下，将压簧定位柱焊接在设定的位置；

3)将压簧从内筒的开口端放入到内筒内，并进行定位，具体的，当采用定位柱进行定位时，将压簧插装到内筒的一端插装于定位柱上；而当在第一法兰盘的内端面设置有压簧定位槽时，将压簧插装到内筒的一端插装于定位槽内；

4)将第二法兰盘置于外筒的外侧，并使第二法兰盘处于第一法兰盘同轴的位置，用压具(比如千斤顶)加在位于两端的两个法兰盘外，将压簧压缩至第二法兰盘的内端面与外筒的对应端为端面接触的位置，将第二法兰盘与外筒焊接固定在一起，并焊接上连接外筒与第二法兰盘的多个加强筋，至此，完成了本用于钢支撑上的轴力调节用弹性装置的整个制作过程。

一种钢支撑安装结构，请参见图2，包括钢支撑本体1，钢支撑本体的一端为固定端1-1，钢支撑本体的另一端为活络接头端1-2，钢支撑本体的两端均通过钢围檩2，顶压在位于两侧的地连墙3，上或围护桩上，具体的，在两侧的地连墙上或围护桩上位于对应钢围檩的下方通过螺栓固定有支座4， 钢围檩支撑在支座上，在钢围檩的内侧位置设置有用于支撑钢支撑本体对应端的钢支撑座5。在钢支撑本体上串接有上述的轴力调节用弹性装置，或钢支撑本体的固定端采用上述轴力调节用弹性装置。具体的，当本轴力调节用弹性装置串接在钢支撑本体上时，在钢支撑本体连接轴力调节用弹性装置的两端位置均焊接有法兰盘，该两法兰盘与轴力调节用弹性装置两端的法兰盘分别通过螺栓进行连接；而当本轴力调节用弹性装置作为钢支撑本体的固定端使用时，只需轴力调节用弹性装置一端的法兰盘与焊接在钢支撑本体对应端的法兰盘通过螺栓连接即可。

以某高寒地区的地铁施工项目为例，例举在采用现有的钢支撑及采用增加本轴力调节用弹性装置的钢支撑结构对轴力影响的不同。

该地铁施工地区属高寒地区，年温差ΔT在70度左右。大体算一下：基坑宽度L按20m算，钢材的热膨胀系数α为1.2×10^-5/℃，如果钢支撑在夏天最热的时候安装，到冬天最冷的时候钢支撑的长度会缩短16.8mm(ΔL＝L×ΔT×α＝20×1000×70×1.2×10^-5＝16.8)。假设钢支撑两端的地连墙或围护桩不移动或不变形，那么钢支撑的轴力将有可能消失，基坑围护结构的稳定性将会受到严重威胁，处于自由状态的钢支撑本身也是一个很大的危险；反之，就会因轴力过大而损坏围护桩或者导致钢支撑产生塑性变形。

温度变化时，钢支撑的轴力之所以会急剧改变，是因为其长度有发生改变的趋势。一旦采用本轴力调节用弹性装置，在钢支撑有伸长趋势时压簧就会被压缩，在钢支撑有缩短趋势时压簧也能伸长，轴力的变化一定还是会有的，但会小很多。前面已经计算过了，20米长的钢支撑年最大伸缩量不过16.8mm，压簧的工作行程也就不用超过这个长度。现在的要求是制造出一种压簧，在轴向预加力(比如30吨)达到要求时它处在工作的中间位置，在被压缩或伸长10mm后仍能保证弹力达到钢支撑的轴力要求就可以了。如果把压簧的工作行程制作成±8mm而不是±10mm，行程短会使得整个结构更加稳定。按弹性定律来说，如压簧在30吨的压力F下工作行程L能达到50mm，每增减长度ΔL＝8mm，力的变化ΔF为4.8吨(ΔF＝F/L×ΔL＝30/50×8＝4.8)，基本可以保证轴向力不急剧波动。据此可以比较，温度变化一度，不加压簧的钢支撑轴力增减4.6吨，而加上压簧的钢支撑长度变化为：ΔL＝L×α×Δ T＝20×1000×1.2×10^-5×1＝0.24mm，那么力的变化为：ΔF＝F/L×ΔL＝30/50×0.24＝0.144吨。改观还是不小的，力的改变差不多减小了30(4.6/0.144＝31.94)多倍。因此理论上是完全可行的。