利用材料峰后性能的大行程板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板型阻尼器。

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板型阻尼器，对隧道起到支撑作用的同时，还可以提供一定范围内的形变，实现隧道的压力释放，具体技术方案如下：

一种利用材料峰后性能的大行程板型阻尼器，包括第一连接板、第二连接板和板型阻尼件，所述第一连接板和所述第二连接板面对面平行设置，所述板型阻尼件位于所述第一连接板和所述第二连接板之间，所述板型阻尼件分别和所述第一连接板和所述第二连接板固定连接；

所述板型阻尼件在所述第一连接板和所述第二连接板的平面法线方向上受压时发生压缩形变。

效果，连接板将板型阻尼件夹持在中间，当第一连接板和第二连接板受到挤压力时，板型阻尼件也受到挤压，板型阻尼件发生形变，形变主要分4个阶段，第1阶段为板型阻尼件的弹性变形阶段，压力随变形线性增加，第2阶段为板型阻尼件的屈服下降变形阶段，压力随变形下降，第3阶段为板型阻尼件的屈服残余变形阶段，压力随变形恒定，第4阶段为板型阻尼件的压实变形阶段，压力随变形增加，其中第3阶段是利用材料峰后性能的大行程板型阻尼器变形的主体，阻尼器在恒定的压力下持续大变形，板型阻尼件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。

并列技术方案一的限定，所述板型阻尼件为矩形阻尼板，所述矩形阻尼板的一对边分别固定在所述第一连接板和所述第二连接板的板面上。

并列技术方案一的进一步限定，所述板型阻尼件包括垂直板和倾斜板，所述垂直板垂直于所述第一连接板和第二连接板的板面，所述倾斜板和所述垂直板成夹角，所述倾斜板穿插在各个所述垂直板形成的间隔之中。

阻尼器若全部采用平行的竖版，在受压时沿纵向不稳定，易倾斜，倾斜板可增加阻尼器的纵向稳定性，保证阻尼器变形时不沿纵向倾斜。

并列技术方案二的限定，所述板型阻尼件为曲形阻尼板，所述曲形阻尼板的母线为直线，且所述曲形阻尼板的母线平行于所述第一连接板和所第二连接板的板面，所述曲形阻尼板的一对边分别固定在所述第一连接板和所述第二连接板的板面上。

调节曲形阻尼板的曲率可调节阻尼板变形的第1阶段的压力峰值，阻尼板曲率越大，压力峰值越小，当曲形阻尼板弯曲成半圆弧时，第1阶段的压力峰值等于第三阶段的残余恒定压力，且曲型阻尼板可控制阻尼板的屈服弯曲方向，保证各阻尼板在弯曲变形时不互相挤压，以致影响阻尼器的恒定屈服力。

并列技术方案二的进一步限定，所述第一连接板和所述第二连接板之间还设有阻尼管，所述阻尼管横截面为圆形或者椭圆形，所述阻尼管的周面和所述第一连接板和所述第二连接板的板面固定连接；

所述阻尼管穿插在各个所述曲形阻尼板之间，且所述阻尼管的轴线平行于所述曲形阻尼板的母线。

效果，阻尼管无塑性下降阶段，其弹性峰值等于屈服残余值，在实际隧道应用中，需要阻尼器拥有一定的弹性峰值，以保证施工开挖稳定与安全，故阻尼管与曲型阻尼板穿插布置，赋予阻尼器一定能力的弹性峰值。

并列技术方案三的限定，所述板型阻尼件为波纹阻尼板，所述波纹阻尼板的波峰和波谷分别固定在所述第一连接板和所述第二连接板的板上。

调节波纹板的波纹半径和和波纹高度可调节阻尼器的弹性峰值。

并列技术方案三的进一步限定，所述波纹阻尼板有两组叠加，且一组所述波纹阻尼板的波峰固定在所述另一组所述波纹阻尼板的波谷上。

单个波纹板的高度有限，通过叠加波纹板，可在承载力不变的情况下，增加阻尼器一倍的可变形高度。

以上所有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设有连接筋，所述连接筋垂直固定在所述第一连接板和所述第二连接板的板面上。

以上所有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的板面上垂直开设有螺栓通孔。

本发明的有益效果为：通过第一连接板和第二连接板受力传递给板型阻尼件，使得板型阻尼件变形，从而实现隧道的压力释放，使得隧道的结构稳定性更好，板型结构的阻尼件受力更加均匀，各个部位的形变差异性较小。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为本发明的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为本发明实施例七的结构示意图。

图8为实施例一的阻尼器安装上连接筋4及开有螺栓孔时的结构示意图。

图9为实施例一的阻尼器和钢架安装配合时的结构示意图。

图10为实施例一的阻尼器的形变过程示意图。

图11为实施例一的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，实施例一，一种利用材料峰后性能的大行程板型阻尼器，包括第一连接板1、第二连接板2和板型阻尼件，板型阻尼件由低碳钢制成，所述第一连接件1和第二连接件2的宽度大于板型阻尼件的宽度，所述第一连接板1和所述第二连接板2面对面平行设置，所述板型阻尼件位于所述第一连接板1和所述第二连接板2之间，所述板型阻尼件分别和所述第一连接板1和所述第二连接板2固定连接；所述板型阻尼件在所述第一连接板1和所述第二连接板2的平面法线方向上受压时发生压缩形变。

所述板型阻尼件为矩形阻尼板31，且各个矩形阻尼板31之间相互平行，所述矩形阻尼板31的一对边分别固定在所述第一连接板1和所述第二连接板2的板面上，所述矩形阻尼板31垂直于所述第一连接板1和所述第二连接板2。

如图2所示，实施例二，和实施例一的区别在于，所述矩形阻尼板31与所述第一连接板1和所述第二连接板2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，所述板型阻尼件包括垂直板311和倾斜板312，所述垂直板311垂直于所述第一连接板1和第二连接板2的板面，所述倾斜板312和所述垂直板311成夹角，所述倾斜板312穿插在各个所述垂直板311形成的间隔之中。

如图4所示，实施例四，一种利用材料峰后性能的大行程板型阻尼器，包括第一连接板1、第二连接板2和板型阻尼件，所述第一连接板1和所述第二连接板2面对面平行设置，所述板型阻尼件位于所述第一连接板1和所述第二连接板2之间，所述板型阻尼件分别和所述第一连接板1和所述第二连接板2固定连接；所述板型阻尼件在所述第一连接板1和所述第二连接板2的平面法线方向上受压时发生压缩形变。

述板型阻尼件为曲形阻尼板32，所述曲形阻尼板32的母线为直线，且所述曲形阻尼板32的母线平行于所述第一连接板1和所第二连接板2的板面，所述曲形阻尼板32的一对边分别固定在所述第一连接板1和所述第二连接板2的板面上。

如图5所示，实施例五，在实施例三的基础上进行了增加，所述第一连接板1和所述第二连接板2之间还设有阻尼管33，所述阻尼管33横截面为圆形或者椭圆形，所述阻尼管33的周面和所述第一连接板1和所述第二连接板2的板面固定连接；

所述阻尼管33穿插在各个所述曲形阻尼板32之间，且所述阻尼管33的轴线平行于所述曲形阻尼板32的母线。

如图6所示，实施例六，一种利用材料峰后性能的大行程板型阻尼器，包括第一连接板1、第二连接板2和板型阻尼件，所述第一连接板1和所述第二连接板2面对面平行设置，所述板型阻尼件位于所述第一连接板1和所述第二连接板2之间，所述板型阻尼件分别和所述第一连接板1和所述第二连接板2固定连接；所述板型阻尼件在所述第一连接板1和所述第二连接板2的平面法线方向上受压时发生压缩形变。

所述板型阻尼件为波纹阻尼板34，所述波纹阻尼板34的波峰和波谷分别固定在所述第一连接板1和所述第二连接板2的板上。

如图7所示，实施例七，在实施例六的基础上进行了增加，所述波纹阻尼板34有两组叠加，且一组所述波纹阻尼板34的波峰固定在所述另一组所述波纹阻尼板34的波谷上。

如图8、图9所示，在实施例一的基础上，所述第一连接板1和所述第二连接板2上设有连接筋4，所述连接筋4垂直固定在所述第一连接板1和所述第二连接板2的板面上。所述第一连接板1和所述第二连接板2的板面上垂直开设有螺栓通孔5。

以上实施例中均可以设置连接筋4和螺栓通孔5，此处不再赘述。

如图9所示，实施例一作为环向方向上的阻尼器，实施例一的阻尼器和钢架6配合，钢架6为格栅钢架6或者型钢，钢架6和隧道的内壁形状匹配，阻尼器将钢架6隔开，图9中阻尼器垂直于所述钢架6，此时在隧道的环向上可变形钢架6分别固定在阻尼器的第一连接板1和第二连接板2上，钢架6受到围岩的压力，再把压力传递给第一连接板1和第二连接板2。此处仅列出了实施例一，其他实施例不再赘述。

无图示，实施例一作为径向向方向上的阻尼器，实施例一的阻尼器在隧道径向布置，阻尼器的第一连接板1固定在钢架6上，第二连接板2和围岩接触。此处仅列出了实施例一，其他实施例不再赘述。

如图10所示，P为载荷，U为形变位移，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。

如图11所示，矩形阻尼板31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，在弹性阶段挤压力随位移线性增加，弹性位移较小，在屈服下降阶段，挤压力变小，但是形变位移继续变大，在屈服残余阶段，挤压力恒定，形变位移继续变大，在压实阶段，挤压力变大，阻尼器逐渐被压实，为结构提供最后的安全保证。