利用材料峰后性能的大行程杆型阻尼器的制作方法

本发明涉及隧道工程领域，具体涉及一种利用材料峰后性能的大行程杆型阻尼器。

背景技术：

我国正处于隧道工程建设高速发展时期，在交通、矿山、水利等领域大量涉及围岩稳定性问题。在隧道结构穿越软弱、破碎围岩地层时常遇到大变形问题，表现为隧道围岩持续变形量大，初期支护混凝土剥裂、掉块、压碎，钢架扭曲，导致施工难度大、施工进度缓慢、病害治理困难、施工风险增高、施工成本激增。

在遇到大变形病害时，现有应对方法多为在结构破坏处打设锚杆、背后注浆、施做套拱、拆换初期支护等，在未施工处加强支护参数，如打设锚杆(索)、小导管注浆、增加喷混凝土厚度等，但实践表明，单纯的增加支护参数并不能有效治理大变形问题，如木寨岭隧道、新城子隧道等，其施工期间多次加强支护参数、改变二衬施做时机、多次反复拆换初期支护后依旧未解决大变形问题。究其原因，隧道支护结构受到的为围岩变形带来的形变压力，单纯的依靠支护阻力来硬抗围岩带来的形变压力是不可行的，上述在施工中反复拆换发生严重变形破坏的初期支护的行为，其本质就是在初期支护约束下的逐步变形释放围岩形变压力的过程，直至围岩压力释放完毕，洞室才能趋于稳定。

现今，“抗放结合”支护结构有恒阻大变形锚杆(索)和可伸缩钢架。恒阻大变形锚杆(索)可在提供恒定工作阻力的情况下进行大幅度变形的锚杆(索)，可称之为“恒阻器”，现已应用于多处矿山巷道中，其运用方法为在巷道周边打设恒阻大变形锚杆(索)系统，锚杆(索)可在提供120-130kn的工作阻力下持续发生300mm-1000mm的变形量，通过锚杆(索)系统对巷道进行支护。可伸缩钢架采用u型钢和可滑动接头，钢架可在提供一定支护阻力下，沿环向压缩变形。恒组大变形锚杆(索)和可伸缩钢架主要用于矿山巷道中，不适用于隧道工程，因其为独立的工作体系，而隧道中开挖后施做初期支护是需要喷射混凝土的，混凝土结构的可变性能力是有限的，一旦初期支护形成封闭的混凝土结构，恒组大变形锚杆(索)和可伸缩钢架就失去了其设置的意义。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出一种利用材料峰后性能的大行程杆型阻尼器，能够对隧道内壁起到支撑作用，同时还可以在一定范围内形变，释放隧道的应力，使得隧道支撑的可靠性得到提升，具体技术方案如下：

一种利用材料峰后性能的大行程杆型阻尼器，包括第一连接板、第二连接板和杆型阻尼件，所述杆型阻尼件之间配合形成阻尼网片，所述阻尼网片分别与所述第一连接板和所述第二连接板的板面固定连接，且所述第一连接板和所述第二连接板的板面互相平行；

所述阻尼网片在所述第一连接板和所述第二连接板的受压时产生压缩形变。

效果，第一连接板和第二连接板受到挤压力，然后传递给阻尼网片，阻尼网片变形过程中，阻尼网片协同隧道结构对围岩支护的同时允许围岩产生收缩变形，释放围岩压力。在实际运用中，围岩压力在阻尼器的屈服变形阶段释放完成，若围岩压力未在阻尼器屈服变形阶段释放完成，则阻尼器的压实阶段可提供最终的安全保证。

一种并列技术方案的进一步限定，所述阻尼网片为平展式阻尼网片。

效果，连接板将板型阻尼网片夹持在中间，当第一连接板和第二连接板受到挤压力时，阻尼网片也受到挤压，阻尼网片发生形变，形变主要分4个阶段，第1阶段为阻尼网片的弹性变形阶段，压力随变形线性增加，第2阶段为阻尼网片的屈服下降变形阶段，压力随变形下降，第3阶段为阻尼网片的屈服残余变形阶段，压力随变形恒定，第4阶段为阻尼网片的压实变形阶段，压力随变形增加，其中第3阶段是阻尼网片变形的主体，阻尼器在恒定的压力下持续大变形，阻尼网片形变带动整体支护结构产生收缩变形，从而实现控制隧道结构内力、释放围岩压力，增加整体结构的安全系数。

阻尼器利用材料强度峰后性能，可在提供一定阻力的情况下，允许较大压缩位移；阻尼器的峰值阻力、峰后阻力和最大行程可调节；阻尼器的变形方向可控制，在大行程工作时，变形后的阻尼器不侵入隧道净空；阻尼器可以通过螺栓孔与连接筋与多种形式的隧道支护结构及其多种部位处组合；隧道初期支护结构除了正截面偏心受压，还受沿径向的剪切力，阻尼器有足够的抗剪切能力；阻尼器可以通过连接板相连在隧道纵向组成通长的梁；标定阻尼器“荷载-位移”曲线后，可根据阻尼器的位移量测定结构内力或围岩压力；阻尼器可用喷射或浇筑混凝土锁死以实现临时增阻的功能。

进一步限定，所述平展式阻尼网片包括垂直式阻尼网片，所述垂直式阻尼网片垂直于所述第一连接板和所述第二连接板的板面。

进一步限定，所述平展式阻尼网片包括倾斜式阻尼网片，所述倾斜式阻尼网片与所述第一连接板和所述第二连接板的板面成锐角。

效果，在制造直杆结构阻尼器的时候更加简单，节约成本，垂直式阻尼网片和倾斜杆的使得其承受压力的能力提升，根据具体隧道的情况选择不同承压能力搭配不同类型的阻尼器。

一种并列技术方案的进一步限定，所述阻尼网片为弯曲式阻尼网片。

调节曲杆的曲率可调节阻尼网片变形的第1阶段的压力峰值，曲杆的曲率越大，压力峰值越小，当曲杆弯曲成半圆弧时，第1阶段的压力峰值等于第三阶段的残余恒定压力，且曲杆可控制杆的屈服弯曲方向，保证各阻尼网片在弯曲变形时不互相挤压，以致影响阻尼器的恒定屈服力。

一种并列技术方案的进一步限定，所述第一连接板和所述第二连接板上外侧板面上设有连接筋和螺栓孔。

效果，在安装时，通过连接筋埋人混凝土固定，同时通过螺栓孔和钢架进行固定。

一种并列技术方案的进一步限定，垂直于连接板板面的所述杆型阻尼件的两端还设有延伸部，所述延伸部分别贯穿所述第一连接板和所述第二连接板。

效果，延伸贯穿部分代替连接筋功能。在安装时，通过延伸部埋入混凝土固定，此时阻尼器和钢架只进行接触，但是没有采取螺栓固定，安装快且制造时也更加方便。

本发明的有益效果为：通过杆状结构作为阻尼件，形成阻尼网片，阻尼器的制造成本更低，制造方便，制造和安装的周期均较短，本阻尼器可以对隧道起到支撑作用，且支撑后，阻尼器可以根据隧道对其施加的挤压力进行形变，释放隧道的压力。本发明不仅可以安装在隧道环向上作为环向的阻尼变形，还可以安装在隧道径向上作为径向的阻尼变形。本发明可以进行预制，然后在隧道施工时进行安装，制造方便，且安装也方便。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为本发明实施例二的结构示意图。

图3为本发明实施例三的结构示意图。

图4为本发明实施例四的结构示意图。

图5为本发明实施例五的结构示意图。

图6为本发明实施例六的结构示意图。

图7为本发明作为环向方向上的阻尼器时的安装示意图。

图8为本发明作为径向方向上的阻尼器时的安装示意图。

图9为阻尼器的形变过程示意图。

图10为阻尼器的压力和形变位移关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，实施例一中，一种利用材料峰后性能的大行程杆型阻尼器，由低碳钢制成，它包括第一连接板1、第二连接板2和杆型阻尼件，所述杆型阻尼件之间配合形成阻尼网片，所述阻尼网片分别与所述第一连接板1和所述第二连接板2的板面固定连接，且所述第一连接板1和所述第二连接板2的板面互相平行；图示中第一连接板1和第二连接板2为平板结构，其他形状的板也可以适用，如，宽度方向的横截面弯曲为c型，在长度方向上弯曲形成桥拱形等其他形状，只要满足第一连接板1和第二连接板2的板面互相平行即可。所述阻尼网片在所述第一连接板1和所述第二连接板2的受压时产生压缩形变。所述阻尼网片为平展式阻尼网片31。所述平展式阻尼网片31为垂直式阻尼网片311，所述垂直式阻尼网片311垂直于所述第一连接板1和所述第二连接板2的板面。

如图2所示，实施例二相对于所述实施例一区别部分在于，所述倾斜式阻尼网片312与所述第一连接板1和所述第二连接板2的板面成锐角。

如图3所示，实施例三为实施例一和实施例二的组合，所述平展式阻尼网片31包括垂直式阻尼网片311和倾斜式阻尼网片312，所述倾斜式阻尼网片312穿插在各个所述垂直式阻尼网片311之间，形成网状结构。

如图4所示，实施例四，所述阻尼网片为弯曲式阻尼网片32。

如图5所示，实施例五，所述第一连接板1和所述第二连接板2上外侧板面上设有连接筋4和螺栓孔5。

如图6所示，实施例六，垂直于连接板板面的所述杆型阻尼件的两端还设有延伸部6，所述延伸部6分别贯穿所述第一连接板1和所述第二连接板2。

如图7所示，利用材料峰后性能的大行程杆型阻尼器为环向方向提供支撑和变形，钢架7位于利用材料峰后性能的大行程杆型阻尼器的两侧即钢架7与第一连接板1和第二连接板2通过螺栓固定。

如图8所示，利用材料峰后性能的大行程杆型阻尼器为径向方向提供支撑和变形，利用材料峰后性能的大行程杆型阻尼器位于围岩8和钢架7之间，且第一连接板1的板面和钢架7接触，第二连接板2的板面和围岩8接触。

如图9所示，p为载荷，u为形变位移，阻尼网片从受压，再到屈服变形，再到被压实，在屈服变形过程中，阻尼器对围岩8起着支撑作用，到最后被压实时，隧道围岩8的压力释放完毕，形变位移不再产生。

如图10所示，阻尼网片在形变过程中包括四个阶段，1、弹性阶段，2、屈服下降阶段，3、屈服残余阶段，4、压实阶段。

阻尼器受压从弹性变形，到屈服变形，再到最终被压实。在阻尼器变形过程中，阻尼器协同隧道结构对围岩支护的同时允许围岩产生收缩变形，释放围岩压力。在实际运用中，围岩压力在阻尼器的屈服变形阶段释放完成，若围岩压力未在阻尼器屈服变形阶段释放完成，则阻尼器的压实阶段可提供最终的安全保证。

在图1-图6中，仅表示了阻尼网片一个平面视角上的示意图，其在视图上显示仅为单一的杆状结构，另一个平面视角上的形状参照图7，在图7中，可以看到阻尼网片的网状结构由第一连接杆和第二连接杆组成，第一连接杆的两端分别和第一连接板和第二连接板固定，第二连接杆和第一连接杆成夹角交叉固定，使得当连接板受压时，第一连接杆的变形后不伸出第一连接板和第二连接板的覆盖范围，避免其往隧道净空里面变形，影响施工。