钢管混凝土吸能让压装置、高强让压拱架及其工作方法

本发明涉及一种钢管混凝土吸能让压装置、高强让压拱架及其工作方法。

背景技术：

随着我国地下工程向高埋深和大断面方向发展，地下空间围岩稳定性越来越差，工程支护困难也越来越突出，已成为影响我国地下工程安全施工以及煤炭安全高效生产的重要问题。钢管混凝土拱架承载力高、施工简单，已成为深部软岩硐室及其他大变形地下空间广泛采用的一种支护措施。

然而，工程中普遍使用不具有让压功能的接头套管来拼装钢管混凝土拱架，拱架各段之间刚性连接，拱架不具备让压性，在高应力或动压作用下，钢管混凝土拱架只能硬抗围岩荷载，一旦荷载超限容易导致拱架破坏。

综上所述，现有技术对于拱架刚性连接容易导致拱架破坏的问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种钢管混凝土吸能让压装置、高强让压拱架及其工作方法，通过让压装置发生形变实现让压，有效解决深部支护中钢管混凝土和拱架不能让压的问题，保证支护结构在高应力和扰动荷载作用下长期稳定，缓解不利受力条件造成的结构破坏。

本发明的具体实施方案是这样构成的，它包括外侧接头套管以及位于外侧接头套管两端内部的拱架结构体，两个拱架结构体之间设置有让压装置，用以让压装置受力变形使其中一拱架结构体位移实现让压。

进一步的，所述让压装置包括由上至下依次设置的活塞体、内套管、外套管和第一钢板，所述活塞体的直径与外侧接头套管内径相适配，所述内套管上端固定在活塞体下方中部，所述内套管外径小于外套管内径，所述外套管包括变径段a和等径段，所述变径段a的内径沿变径段长度方向逐渐收缩，等径段的内径不变且等径段的外径与外侧接头套管的内径相匹配，所述第一钢板与外侧接头套管固连，所述等径段固定在第一钢板中部。

进一步的，所述外套管还能包括粗径段、变径段b和细径段，所述变径段的内径沿变径段长度方向逐渐收缩，所述粗径段的外径与变径段b的最大外径相匹配，所述变径段b的最小外径与细径段的外径相匹配，所述粗径段和细径段的外径、内径都保持不变，所述粗径段与外侧接头套杆的内径相配合，所述细径段与第一钢板的中心固连。

进一步的，所述让压装置包括由上至下依次设置的活塞体、充填袋以及第一钢板，所述活塞体的直径与外侧接头套管的内径相适配，所述第一钢板固定在外侧接头套管内部，所述充填袋内部设置有可压缩材料层。

进一步的，所述可压缩材料层为泡沫混凝土或金属网。

进一步的，所述外侧接头套管两端外部设置有端头加强环。

进一步的，所述内套管端部外侧设有缩口段，用以其与外套管接触后有利于内套管启动塑性变形。

进一步的，高强让压拱架包括由多个拱架结构体、多个外侧接头套管、多个让压装置组成的环形体，所述拱架结构体与外侧接头套管交错设置。

进一步的，所述拱架结构体为弧形。

进一步的，一种钢管混凝土吸能让压装置、高强让压拱架的工作方法，包括步骤如下：（1）将拱架内部灌注混凝土，混凝土浇筑完成并养生结束后制成拱架结构体；（2）将多个拱架结构体与外侧接头套管拼接环绕成环形体，拱架结构体端部伸入外侧接头套管内部且伸入到设定长度，保证其不易脱落，同时每个让压装置置于外侧接头套管内部；（3）拱架结构体受力后超过让压装置设定变形所需的力后，发生收缩，让压装置体积变小，拱架结构体发生位移压缩，对拱架结构体起到缓冲保护作用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本装置的钢管混凝土吸能让压装置，在拱架受力超过一定程度时，拱架结构体（钢管混凝土）吸能让压装置发生变形实现让压，能够有效解决深部支护中钢管混凝土和拱架不能让压的问题，保证支护结构在高应力和扰动荷载作用下长期稳定，缓解不利受力条件造成的结构破坏；

(2)本装置的高强让压拱架，具有良好的让压性能，高强让压拱架可以拱架实现让压变形，适度让压，有利于降低作用在拱架上的围岩荷载，延长拱架服务年限，更有利于保护支护体稳定。

附图说明

图1为本发明实施例一让压装置结构示意图；

图2为本发明实施例二让压装置结构示意图；

图3为本发明实施例三让压装置结构示意图；

图4为本发明实施例高强让压拱架初始结构示意图；

图5为本发明实施例高强让压拱架压缩后结构示意图。

图中：1-拱架结构体，2-外侧接头套管，3-让压装置，3a-活塞体，3b-内套管，3c-外套管，3d-第一钢板，3f-填充袋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

实施例：参照附图所示，提供一种钢管混凝土吸能让压装置，包括外侧接头套管2以及位于外侧接头套管两端内部的拱架结构体1，外侧接头套管端部包住拱架结构体的端部，两个拱架结构体之间设置有让压装置3，让压装置位于外侧接头套管内部，用以让压装置受力变形使其中一拱架结构体位移实现让压。

外侧接头套管为弧形管，外侧接头套管的长度大于让压装置的长度。

在本发明实施例一中，如图1所示，所述让压装置包括由上至下依次设置的活塞体3a、内套管3b、外套管3c和第一钢板3d，所述活塞体的直径与外侧接头套管内径相适配，所述内套管上端固定在活塞体下方中部，所述内套管外径小于外套管内径，所述外套管包括变径段a和等径段，所述变径段a的内径沿变径段长度方向逐渐收缩，等径段的内径不变且等径段的外径与外侧接头套管的内径相匹配，所述第一钢板与外侧接头套管固连，所述等径段与第一钢板中部固连。

上述的第一钢板为圆形，其直径与外侧接头套管的内径相匹配；活塞体也为一块圆形钢板；外套管为一段弧形高强空心钢管；内套管为一段弧形空心钢管，内套管的外径大于外套管的内径；所述内套管与外套管的长度相匹配，有利于塑性变形，有足够的让压长度。

在拱架结构体受力超过让压装置设定变形所需的力后，由于外套管弹性模量大于内套管弹性模量，内套管发生塑性形变，内径减小，被挤进外套管，拱架结构体接头处随之位移，保护了拱架结构体。

在本发明实施例二中，如图2所示，所述让压装置包括由上至下依次设置的活塞体、内套管、外套管和第一钢板，所述活塞体的直径与外侧接头套管内径相适配，所述内套管上端固定在活塞体下方中部，所述内套管外径小于外套管内径，所述外套管还能包括粗径段、变径段b和细径段，所述变径段的内径沿变径段长度方向逐渐收缩，所述粗径段的外径与变径段b的最大外径相匹配，所述变径段b的最小外径与细径段的外径相匹配，所述粗径段和细径段的外径、内径都保持不变，所述粗径段与外侧接头套杆的内径相配合，所述细径段与第一钢板的中心固连。

上述的第一钢板为一块圆形钢板；活塞体也为一块圆形钢板；外套管为一段弧形空心钢管；内套管可以为一段弧形实心圆钢，其直径大于外套管细径段的内径。

在钢管混凝土受力超过让压装置设定变形所需的力后，由于内套管弹性模量大于外套管弹性模量，外套管发生塑性形变，内径增大，内套管被挤进外套管，钢管混凝土接头处随之位移，保护了钢管混凝土。

在本发明实施例三中，如图3所示，所述让压装置包括由上至下依次设置的活塞体3a、充填袋3f以及第一钢板3d，所述活塞体的直径与外侧接头套管的内径相适配，所述第一钢板固定在外侧接头套管内部，所述充填袋内部填充有可压缩材料层。

上述的可压缩材料层为泡沫混凝土或金属网。

上述的第一钢板为一块圆形钢板；活塞体也为一块圆形钢板；

在钢管混凝土受力超过让压装置设定变形所需的力后，金属网被挤压，体积减小，钢管混凝土接头处随之位移，保护了钢管混凝土。

在本实施例中，外侧接头套管两端外部设置有端头加强环4；端头加强环紧固套设于外侧接头套端头。端头加强环增强管端约束力，可防止钢管混凝土受力变形从接头中脱落。

在本实施例中，所述内套管端部外侧设有缩口段，用以其与外套管接触后有利于内套管启动塑性变形。

在本发明实施例四中，如图4、5所示，高强让压拱架包括由4个拱架结构体、4个外侧接头套管、4个让压装置组成的环形体，所述拱架结构体与外侧接头套管交错设置。

让压装置采用实施例一、实施例二、实施例三中任一种让压装置。

所述拱架结构体为弧形，拱架结构体为弧形预制的混凝土管。

高强让压拱架采用先灌注混凝土、后架立拱架的施工方法，混凝土浇筑完成并养生结束后，将既有拱架放入吸能让压装置内，架立拱架。

这里值得说明的是，先向拱架内灌注混凝土，混凝土浇筑完成并养生结束后将既有拱架放入吸能让压装置内，拱架结构体两端伸入外侧接头套管内且伸入到设定长度，保证拱架变形拱架钢管不脱落。让压装置数量根据可实际需求变更。拱架受力后超过让压装置设定变形所需的力后，让压装置体积变小，拱架压缩。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。