專利名稱：一種封閉金屬支架結(jié)構(gòu)及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的金屬支架結(jié)構(gòu)及其施工方法，屬于隧道(巷道)結(jié)構(gòu)支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的軟巖隧道(巷道)支護(hù)結(jié)構(gòu)，如平腹板工字鋼支架構(gòu)件(圖1所示)，它由上翼緣1、下翼緣2和平腹板9組成，通常腹板的抗剪承載力和抗剪屈曲強(qiáng)度較低，相當(dāng)一批剛性支架與圍巖的變形不相適應(yīng)。與此同時(shí)，傳統(tǒng)的U型鋼構(gòu)件(如圖2所示)支護(hù)反力有限，有時(shí)難以滿足支護(hù)要求。波形鋼腹板工型構(gòu)件(如圖3所示)具有抗剪屈曲強(qiáng)度高， 采用厚度較薄的波形腹板就能使抗剪承載力顯著提高，從而可以有效地減輕結(jié)構(gòu)的自重及增加圍巖的穩(wěn)定性，其最突出的優(yōu)點(diǎn)是由于腹板類似“手風(fēng)琴”因?yàn)槟苓m應(yīng)軟巖的大變形而產(chǎn)生軸向變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了使支護(hù)結(jié)構(gòu)適應(yīng)軟巖巷道中大變形特點(diǎn)，提出一種能提高支護(hù)結(jié)構(gòu)承載力的具有波形鋼腹板工型截面的封閉金屬支架結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種具有波形鋼腹板工型截面構(gòu)件的封閉金屬支架結(jié)構(gòu)，其中各段構(gòu)件由上翼緣、下翼緣和波形鋼腹板組成，上翼緣、下翼緣分別與波形鋼腹板焊接而成，波形鋼腹板的波形為正弦波、梯形波形或三角形波形；各段構(gòu)件彎成支架所需形狀后，相鄰構(gòu)件的波形鋼腹板通過焊縫分別與第一連接端板和第二連接端板連接，相鄰構(gòu)件的上翼緣通過螺栓與開孔的上翼緣蓋板連接，相鄰構(gòu)件的下翼緣通過螺栓與開孔的下翼緣蓋板連接，上翼緣蓋板和下翼緣蓋板的開孔為長橢圓型螺栓孔，當(dāng)支架結(jié)構(gòu)承受外力時(shí)，螺栓能在長橢圓型螺栓孔內(nèi)移動以適應(yīng)上翼緣和下翼緣軸向變形的需要。本發(fā)明的技術(shù)特征還在于長橢圓型螺栓孔的開孔長度不小于上下翼緣之間長度的一半；端板之間還用螺栓拼接。本發(fā)明還提供一種使用如上所述的封閉金屬支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行隧道支護(hù)的施工方法， 包括上翼緣、下翼緣和波形鋼腹板的焊接及構(gòu)件的現(xiàn)場拼接，具體步驟為①在工廠將上翼緣、下翼緣和波形鋼腹板制作完成；②將上翼緣和下翼緣分別與波形鋼腹板焊接以形成波形鋼腹板工型截面構(gòu)件；③在彎制機(jī)器上將波形鋼腹板工型截面構(gòu)件彎成隧道支架的形狀，運(yùn)至施工現(xiàn)場；④將相鄰構(gòu)件的波形鋼腹板分別與第一連接端板和第二連接端板焊接，然后第一連接端板和第二連接端板再通過螺栓拼接，采用下翼緣蓋板通過螺栓連接相鄰構(gòu)件的下翼緣，采用上翼緣蓋板通過螺栓連接相鄰構(gòu)件的上翼緣以形成支架結(jié)構(gòu)。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)①制作加工簡單，安裝方便。波形腹板的翼緣和腹板均為工廠制作，易于保證質(zhì)量，現(xiàn)場只需將各段支架通過端板或是開孔蓋板用法蘭或螺栓進(jìn)行連接，安裝方便，能夠明顯提高結(jié)構(gòu)的綜合效益，②波形鋼腹板具有很高的抗剪承載力，在高厚比很大的情況下依然不容易發(fā)生屈曲，通過端板連接后能獨(dú)立承受較高的剪切力以適應(yīng)馬蹄形斷面隧道中軟巖的大變形。③本發(fā)明中腹板呈波形狀，類似“手風(fēng)琴”，可以產(chǎn)生沿支架軸向的變形，與此同時(shí)翼緣通過開孔蓋板連接，其中開孔蓋板的螺栓開孔類型為長橢圓型，翼緣承受軸力時(shí)通過調(diào)整螺栓在長橢圓孔內(nèi)的位置也能產(chǎn)生沿支架軸向的變形，這種可縮性節(jié)點(diǎn)連接方式使得支架結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)軟巖產(chǎn)生的大變形，穩(wěn)定性能良好。


圖1為傳統(tǒng)的鋼腹板工型構(gòu)件示意圖。圖2為傳統(tǒng)的U型鋼構(gòu)件示意圖。圖3為具有波形鋼腹板工型截面構(gòu)件示意圖。圖4為馬蹄形隧道(巷道)斷面的支架形式示意圖。圖5為用于馬蹄形隧道(巷道)斷面的波形鋼腹板工型局部構(gòu)件示意圖。圖6為各段構(gòu)件的連接示意圖。圖7為下翼緣開孔蓋板的平面圖。圖中1-上翼緣；2-下翼緣；3-波形鋼腹板；4-第一連接端板；5-馬蹄形隧道(巷道)斷面；6-螺栓；7-第二連接端板；8-U型構(gòu)件；9-平腹板；10-下翼緣蓋板；11-上翼緣蓋板；12-長橢圓型螺栓孔
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、施工過程作進(jìn)一步描述。本發(fā)明提供了一種能夠提高軟巖隧道(巷道)支護(hù)結(jié)構(gòu)承載力，且能適應(yīng)軟巖隧道(巷道)圍巖大變形特點(diǎn)的具有波形鋼腹板工型截面的封閉金屬支架結(jié)構(gòu)。如圖3和圖 5所示，波形腹板工型構(gòu)件由上翼緣1、下翼緣2和波形鋼腹板3組成。波形鋼腹板3和上翼緣1、下翼緣2分別焊接而成，工型構(gòu)件彎成支架所需形狀后波形鋼腹板3分別通過焊縫與第一連接端板4和第二連接端板7連接，上翼緣1和下翼緣2通過螺栓6分別與開孔的上翼緣蓋板11和下翼緣蓋板10連接，其中上翼緣蓋板11和下翼緣蓋板10的開孔形狀為長橢圓型螺栓孔12，以適應(yīng)上翼緣1和下翼緣2軸向變形的需要，長橢圓型螺栓孔12的開孔長度不小于上下翼緣之間長度的一半，支架拼裝完畢承受外力時(shí)，螺栓6會沿長橢圓形孔移動，直至變形穩(wěn)定。本發(fā)明的封閉金屬支架結(jié)構(gòu)的施工工序?yàn)楸景l(fā)明所述的用于軟巖隧道(巷道)支護(hù)結(jié)構(gòu)中的具有波形鋼腹板工型截面的封閉金屬支架結(jié)構(gòu)的施工工序由上下翼緣、波形鋼腹板的焊接及現(xiàn)場各段構(gòu)件的拼接等幾部分組成。在工廠將上翼緣1、下翼緣2和波形鋼腹板3制作完成后將上翼緣1、下翼緣2和波形鋼腹板3焊接(如圖3所示)，然后在彎制機(jī)器上將構(gòu)件彎成隧道(巷道)支架形狀， 運(yùn)至施工現(xiàn)場，第一連接端板4和第二連接端板7與波形鋼腹板3分別焊接，第一連接端板 4和第二連接端板7通過螺栓6拼接(如圖6所示)，采用開孔的上翼緣蓋板11通過螺栓6實(shí)施上翼緣1的拼接(如圖6所示)，采用開孔的下翼緣蓋板10通過螺栓6實(shí)施下翼緣 2的拼接(如圖6、7所示)，其中蓋板的開孔類型為長橢圓型孔。
權(quán)利要求
1.一種具有波形鋼腹板工型截面構(gòu)件的封閉金屬支架結(jié)構(gòu)，其中各段構(gòu)件由上翼緣 (1)、下翼緣(2)和波形鋼腹板(3)組成，其特征在于所述上翼緣(1)、所述下翼緣(2)分別與所述波形鋼腹板(3)焊接而成，所述波形鋼腹板(3)的波形為正弦波、梯形波形或三角形波形；各段構(gòu)件彎成支架所需形狀后，相鄰構(gòu)件的所述波形鋼腹板(3)通過焊縫分別與第一連接端板(4)和第二連接端板(7)連接，相鄰構(gòu)件的所述上翼緣(1)通過螺栓(6)與開孔的上翼緣蓋板(11)連接，相鄰構(gòu)件的所述下翼緣(2)通過螺栓(6)與開孔的下翼緣蓋板(10)連接，其中所述上翼緣蓋板(11)和所述下翼緣蓋板(10)的開孔為長橢圓型螺栓孔 (12)，當(dāng)所述支架結(jié)構(gòu)承受外力時(shí)，螺栓能在所述長橢圓型螺栓孔(1 內(nèi)移動以適應(yīng)所述上翼緣(1)和所述下翼緣(2)軸向變形的需要。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉金屬支架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述長橢圓型螺栓孔(12) 的開孔長度不小于所述上翼緣(1)和所述下翼緣(2)之間長度的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉金屬支架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一連接端板(4)和所述第二連接端板(7)之間還用螺栓拼接。
4.使用根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的封閉金屬支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行隧道支護(hù)的施工方法，所述方法包括上翼緣(1)、下翼緣(2)和波形鋼腹板(3)的焊接及構(gòu)件的現(xiàn)場拼接，具體步驟為①在工廠將所述上翼緣(1)、所述下翼緣(2)和所述波形腹板(3)制作完成；②將所述上翼緣(1)和所述下翼緣( 分別與所述波形腹板( 焊接以形成所述波形鋼腹板工型截面構(gòu)件；③在彎制機(jī)器上將所述波形鋼腹板工型截面構(gòu)件彎成隧道支架的形狀，運(yùn)至施工現(xiàn)場；④將相鄰構(gòu)件的所述波形鋼腹板(3)分別與所述第一連接端板(4)和所述第二連接端板(7)焊接，然后所述第一連接端板(4)和所述第二連接端板(7)再通過螺栓(6)拼接，采用所述下翼緣蓋板(10)通過螺栓(6)連接相鄰構(gòu)件的所述下翼緣O)，采用所述上翼緣蓋板(11)通過螺栓(6)連接相鄰構(gòu)件的所述上翼緣(1)以形成支架結(jié)構(gòu)。全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有波形鋼腹板工型截面構(gòu)件的封閉金屬支架結(jié)構(gòu)。該波形鋼腹板工型截面構(gòu)件由上翼緣、下翼緣和波形鋼腹板組成，波形鋼腹板和上下翼緣焊接連接。各段構(gòu)件彎成支架所需形狀后波形腹板通過端板焊接連接，上、下翼緣通過螺栓與開孔的蓋板連接。本發(fā)明中波形鋼腹板通過端板連接后能產(chǎn)生支架軸線的變形，另一方面翼緣承受軸力時(shí)通過調(diào)整螺栓在開孔內(nèi)的位置來適應(yīng)支架的軸向變形，此可伸縮的節(jié)點(diǎn)連接方式能較好地適應(yīng)軟巖的大變形。同時(shí)端板和蓋板的制作加工簡單，安裝方便，經(jīng)濟(jì)合理，能夠明顯提高結(jié)構(gòu)的綜合效益。本發(fā)明可應(yīng)用于軟巖隧道支護(hù)的技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號E21D11/14GK102505946SQ20111037068
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者余珍, 吳麗麗 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)