本发明专利技术公开了一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统及使用方法，该系统包括平行间隔设置的第一钢架连接板和第二钢架连接板，设于第一钢架连接板和第二钢架连接板之间的法兰板、聚氨酯弹性体以及定位螺栓；法兰板的一端焊接在第二钢架连接板上，另一端与第一钢架连接板固定；聚氨酯弹性体安装于第一钢架连接板和第二钢架连接板之间，聚氨酯弹性体靠近第一钢架连接板的一端安装有传感器；本发明专利技术使用聚氨酯弹性体作为承压吸能部件，伸缩量范围可控，整体自适应、安全性好，成本低，重量轻；能够解决现有钢架伸缩量局限，控制伸缩量范围不可控、钢架极限承载能力不可控无法对钢架进行有效保护的问题。效保护的问题。效保护的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统及使用方法
[0001]本专利技术属于隧道施工工程
，更具体地，涉及一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统及使用方法。
技术介绍
[0002]随着我国铁路建设的持续快速发展，铁路线覆盖地域范围广泛。新建铁路经过山区时，通过不同形式的隧道穿越山岭。隧道大变形是隧道修建过程中所遇到的一种极难处理的技术难题，大变形的后果不仅引起隧道施工过程中的安全问题，同时也是后期运营的巨大安全隐患。
[0003]当前对于隧道大变形的主要技术措施包括预留变形量、增强初期支护或临时支护、施工二次衬砌以控制围岩变形并提高围岩的自承能力等方面。钢架是支撑围岩的最为有效的手段，广泛应用在大变形隧道中，然而当前使用的钢架接头以刚性连接为主，在大变形发生后会随着变形的持续增大而发生扭曲甚至剪切破坏，极大的降低了初期支护的承载能力，围岩的变形不能有效得到抑制，围岩也经常出现进一步恶化的情况，为了保证隧道结构安全并满足建筑限界，只能拆除初期支护重建，造成了极大的安全风险和极高的建设成本；同时，在工程施工实际中，钢架接头配合钢架支护的下沉，需要实现3～5吨荷载内的大压缩行程内吸收能量的作用，但受安装空间的限制，钢架接头的外形尺寸有限，同时必须具备安全性、稳定性和耐久性。
[0004]现有设计虽然研制出了可伸缩钢架，但是其可伸缩量局限，不能有效的控制伸缩量的范围、也不能控制钢架的极限承载能力进而不能对钢架进行有效保护。因此，急需一种可伸缩、伸缩量范围可控、极限承载能力安全余量大且稳定耐久的隧道钢架用自适应承压吸能装置对钢架及隧道内部支撑结构进行有效的保护。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统，使用聚氨酯弹性体作为第一级承力吸能单元适应隧道钢架下沉工况，使用法兰板与第一钢架连接板作为第二级承力单元，可以使钢架处于预设的稳定状态，接触稳定，受力均匀，极限承载能力安全余量大且稳定耐久；在聚氨酯弹性体上设传感器，使得其伸缩量范围可控，整体自适应、安全性好；本专利技术通过螺栓分别将第一钢架连接板和第二钢架连接板与钢架进行连接，通过定位螺栓进行自适应承压吸能系统自身的定位与锁定，操作简单，安装简易；能够解决现有可伸缩钢架可伸缩量局限，不能有效的控制伸缩量的范围、也不能控制钢架的极限承载能力进而不能对钢架进行有效保护的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的一个方面提供一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统，包括平行间隔设置的第一钢架连接板和第二钢架连接板，设于所述第一钢架连接板和第二钢架连接板之间的法兰板、聚氨酯弹性体以及定位螺栓；其中，
[0007]所述法兰板的一端焊接在所述第二钢架连接板上，另一端通过所述定位螺栓与所
述第一钢架连接板固定；
[0008]所述聚氨酯弹性体通过定位柱安装于所述第一钢架连接板和第二钢架连接板之间，进而将所述第一钢架连接板和第二钢架连接板连接为一整体；
[0009]所述聚氨酯弹性体靠近所述第一钢架连接板的一端选择性安装有传感器，用于对所述自适应承压吸能系统的压缩量和荷载进行实时监控；
[0010]所述聚氨酯弹性体作为第一级承力吸能单元吸收隧道钢架下沉产生的能量并将动能转化为弹性势能，同时吸收隧道钢架震动能量，所述法兰板与第一钢架连接板共同作为第二级承力单元进一步吸收剩余载荷，使钢架处于预设的稳定状态，进而对钢架及隧道内部支撑结构进行有效保护。
[0011]进一步地，所述法兰板的中心轴线与所述第一钢架连接板和所述第二钢架连接板的中心轴线重合。
[0012]进一步地，所述聚氨酯弹性体为圆柱形；
[0013]所述聚氨酯弹性体的回转线分别与第一钢架连接板和第二钢架连接板的中轴线重合。
[0014]进一步地，所述法兰板包括一体成型且中空的第一板体和第二板体；
[0015]所述第一板体的直径大于所述第二板体的直径；
[0016]所述第二板体远离所述第一板体的一端与所述第二钢架连接板焊接固定。
[0017]进一步地，所述第一板体的圆周上均匀间隔设有多个固位凹槽；
[0018]所述定位螺栓通过所述固位凹槽将所述第一板体与所述第一钢架连接板固定。
[0019]进一步地，所述固位凹槽的开口方向与所述第一板体的径向方向一致。
[0020]进一步地，所述第一板体和所述第二板体设置中空空间，用于减轻重量和容纳所述聚氨酯弹性体。
[0021]进一步地，所述聚氨酯弹性体设于所述第一板体和所述第二板体的中空空间内，为主要的承力和压缩部件。
[0022]进一步地，所述第一钢架连接板和所述第二钢架连接板分别设有多个安装孔，用于与钢架固定和所述定位螺栓的安装。
[0023]本专利技术的另一个方面提供一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统使用方法，包括如下步骤：
[0024]S100：用定位螺栓将法兰板与第一钢架连接板进行固定，使聚氨酯弹性体处于原始未被压缩状态；
[0025]S200：将第一钢架连接板和第二钢架连接板分别与钢架的对应位置进行螺栓连接；
[0026]S300：待第一钢架连接板和第二钢架连接板与钢架固定完毕后，将定位螺栓拧出，使自适应承压吸能系统整体进入工作状态；
[0027]S400：当隧道钢架支护结构发生下沉位移时，使自适应承压吸能系统的聚氨酯弹性体被压缩，当下沉量达到极限时，法兰板与第一钢架连接板接触，聚氨酯弹性体不再被压缩，自适应承压吸能系统达到稳定状态；
[0028]S500：当自适应承压吸能系统需要从钢架上拆卸时，先选用较短的定位螺栓将法兰板与第一钢架连接板固结，再分别拆下第一钢架连接板和第二钢架连接板与钢架连接的
螺栓；
[0029]S600：如此，就完了自适应承压吸能系统与钢架的安装、使用和拆卸的全部作业。
[0030]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0031](1)本专利技术的一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统，使用聚氨酯弹性体作为承压吸能部件，可针对不同使用要求对聚氨酯的外形、尺寸进行设计，以适应工程需求，可进行系列化设计，承载力范围广、可设计性强；聚氨酯弹性体在被压缩的过程中，吸收隧道钢架下沉产生的能量，将动能转化为弹性势能，同时聚氨酯弹性体能吸收10％～20％的隧道钢架震动能量，震动频率越高，能量吸收率越大；聚氨酯弹性体的压缩率可超过50％，达到70％左右，在初始尺寸一定的情况下，压缩行程大；本专利技术使用聚氨酯弹性体作为第一级承力吸能单元适应隧道钢架下沉工况，使用法兰板与钢件作为第二级承力单元，可以使钢架处于预设的稳定状态，接触稳定，受力均匀，安全余量高；在聚氨酯弹性体上选择性设传感器，根据项目实际需求对本专利技术的聚氨酯弹性体压缩量和荷载进行实时监控，使得本专利技术的自适应承压吸能系统伸缩量范围可控，整体自适应、安全性好，成本低，重量轻；能够解决现有可伸缩钢架可伸缩量局限，不能有效的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统，其特征在于：包括平行间隔设置的第一钢架连接板(1)和第二钢架连接板(2)，设于所述第一钢架连接板(1)和第二钢架连接板(2)之间的法兰板(3)、聚氨酯弹性体(4)以及定位螺栓(5)；其中，所述法兰板(3)的一端焊接在所述第二钢架连接板(2)上，另一端通过所述定位螺栓(5)与所述第一钢架连接板(1)固定；所述聚氨酯弹性体(4)通过定位柱(41)安装于所述第一钢架连接板(1)和第二钢架连接板(2)之间，进而将所述第一钢架连接板(1)和第二钢架连接板(2)连接为一整体；所述聚氨酯弹性体(4)靠近所述第一钢架连接板(1)的一端选择性安装有传感器(6)，用于对所述自适应承压吸能系统的压缩量和荷载进行实时监控；所述聚氨酯弹性体(4)作为第一级承力吸能单元吸收隧道钢架下沉产生的能量并将动能转化为弹性势能，同时吸收隧道钢架震动能量，所述法兰板(3)与第一钢架连接板(1)共同作为第二级承力单元进一步吸收剩余载荷，使钢架处于预设的稳定状态，进而对钢架及隧道内部支撑结构进行有效保护。2.根据权利要求1所述的一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统，其特征在于：所述法兰板(3)的中心轴线与所述第一钢架连接板(1)和所述第二钢架连接板(2)的中心轴线重合。3.根据权利要求2所述的一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统，其特征在于：所述聚氨酯弹性体(4)为圆柱形；所述聚氨酯弹性体(4)的回转线分别与第一钢架连接板(1)和第二钢架连接板(2)的中轴线重合。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统，其特征在于：所述法兰板(3)包括一体成型且中空的第一板体(31)和第二板体(32)；所述第一板体(31)的直径大于所述第二板体(32)的直径；所述第二板体(32)远离所述第一板体(31)的一端与所述第二钢架连接板(2)焊接固定。5.根据权利要求4所述的一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统，其特征在于：所述第一板体(31)的圆周上均匀间隔设有多个固位凹槽(311)...
【专利技术属性】
技术研发人员：易磊，李理，梁旭，周春，王福华，胡磊，
申请(专利权)人：武汉海润工程设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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