带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构、支架及其安装方法与流程

本发明涉及隧道(巷道)结构支护技术领域，特别涉及可应用于软岩隧道的金属支架支护结构的可缩性连接结构。

背景技术：
现有的软岩隧道(巷道)的支架通常分为不可缩性支架和可缩性支架。不可缩性支架通常为刚性的工字钢支架，因为其不可缩，变形能力有限，这样会导致相当一批刚性工字钢支架与围岩的大变形不相适应，无法得到广泛的应用。可缩性性支架，其结构通常是采用将两节U型钢的端部相互搭接，并用U型卡对相互搭接的部位进行固定的形式。可缩性支架主要依靠U型卡提供的两型钢的摩擦力来支撑巷道围岩。当围岩作用于支架上的外载沿型钢的分力超过两型钢搭接段的摩擦阻力时，型钢滑动，使支架断面缩小，但是这种结构的可缩性支架，由于在两型钢的连接处存在叠合段，因此连接处截面存在一定的偏心，容易造成连接处失稳的问题。

技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构、支架及其安装方法，能够适应软岩隧道大变形的同时，又能保证连接结构的稳定性，并且结构简单易于实现。为达到上述目的，本发明一种带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构、支架及其安装方法采用的技术方案如下：一种带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构，包括第一波形钢腹板构件和第二波形钢腹板构件，所述第一波形钢腹板构件和第二波形钢腹板构件相对的端部共同插入套筒中并预留有预定间隙，在所述套筒的侧面开设有楔形件打入孔，在所述楔形件打入孔中打入有楔形件；所述楔形件的一个侧面与所述第一波形钢腹板构件或第二波形钢腹板构件的翼缘紧密配合，所述楔形件的另一个侧面与所述套筒的内侧面紧密配合；当所述第一波形钢腹板构件和/或第二波形钢腹板构件承受的外力，大于所述楔形件和所述第一波形钢腹板构件或第二波形钢腹板构件的摩擦力时，所述第一波形钢腹板构件和第二波形钢腹板构件插入所述套筒中的端部相向移动；所述第一波形钢腹板构件与所述第二波形钢腹板构件相对的端部，焊接有第一端板；所述第一端板与所述第一波形钢腹板构件的腹板和位于腹板两侧的翼缘焊接在一起；所述第二波形钢腹板构件与所述第一波形钢腹板构件相对的端部，焊接有第二端板；所述第二端板与所述第二波形钢腹板构件的腹板和位于腹板两侧的翼缘焊接在一起；所述第一波形钢腹板构件和第二波形钢腹板构件的腹板的波形，为正弦波、梯形波形或三角形波形。可选地，所述第一端板和第二端板呈H型；所述第一端板与所述第一波形钢腹板构件的腹板相对应的部分的厚度，大于所述第一波形钢腹板构件的腹板的厚度；所述第二端板与所述第二波形钢腹板构件的腹板相对应的部分的厚度，大于所述第二波形钢腹板构件的腹板的厚度。可选地，所述套筒的横断面呈H型，中部为腹板容纳部，两端为翼板容纳部；其中每个翼板容纳部包括第一侧面和第二侧面，在第一侧面和第二侧面上开有插入所述楔形件的通孔。可选地，每个翼板容纳部的外侧面具有一坡度；所述外侧面连接所述第一侧面和第二侧面。可选地，所述楔形件的坡度和所述每个翼板容纳部的外侧面的坡度，均为1∶30～1∶10。可选地，每个翼板容纳部的第一侧面上开有第一通孔和第二通孔，在第二侧面上开有第三通孔和第四通孔；其中，第一通孔和第三通孔相对应，第二通孔和第四通孔相对应；在第一通孔和第三通孔中打入有第一楔形件，第一楔形件的一个侧面与所述第一波形钢腹板构件的翼缘紧密配合，所述第一楔形件的另一个侧面与所述套筒的内侧面紧密配合；在第二通孔和第四通孔中打入有第二楔形件，第二楔形件的一个侧面与所述第二波形钢腹板构件的翼缘紧密配合，所述第二楔形件的另一个侧面与所述套筒的内侧面紧密配合。一种用于软岩隧道的支架，：包括前述任一项所述的带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构。一种用于软岩隧道的支架的安装方法，包括：在工厂将上翼缘、下翼缘和波形钢腹板构件制作完成；将上翼缘和下翼缘分别与波形钢腹板构件焊接以形成波形钢腹板构件工型截面构件，并在形成的波形钢腹板构件工型截面构件的端部，用端板将上、下翼缘板和腹板连接起来；在弯制机器上将波形钢腹板构件工型截面构件弯成隧道支架的形状，运至施工现场；将相邻两段波形钢腹板构件留置好预定的滑移量后通过套筒连接起来，然后在套筒中打入楔形件，使相邻的两段波形钢腹板构件与套筒紧密连接起来以形成支架结构。与现有技术相比，本发明带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构、支架及其安装方法，两相邻的波形钢腹板构件(第一波形钢腹板构件和第二波形钢腹板构件)的端部相对、预留预定间隙并通过套筒连接、通过楔形件和波形钢腹板构件的翼缘紧密配合以进行紧密连接；可缩性连接结构的滑移量可直接通过调节相邻两波形钢腹板构件间的距离来实现，变形达到预期计算值时两部分截面接触后工作性能完好，能很好地适应围岩的大变形；并且两相邻的波形钢腹板构件连接处的截面不存在偏心问题，不易出现连接处失稳的问题，容易满足受力要求；再者，连接时只需将两相邻的波形钢腹板构件的端部相对应，并预留好预定的间隙，通过套筒连接后，在套筒中打入楔形件即可实现可靠连接，结构简单，操作方便。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本发明带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构示意图。图2为图1中波形钢腹板构件1的结构示意图。图3为本发明带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构一实施例中套筒的俯视图。图4为图3中套筒的横截面示意图。图5为图3中显示楔形件打入孔的套筒横截面示意图。图6为带楔形示意图。图7为本发明带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构实施例的截面示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明实施例一种带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构、支架及其安装方法进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。参看图1及图7，本发明一种带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构实施例，包括第一波形钢腹板构件1和第二波形钢腹板构件2，所述第一波形钢腹板构件1和第二波形钢腹板构件2相对的端部共同插入套筒3中并预留有预定间隙，在所述套筒3的侧面开设有楔形件打入孔，在所述楔形件打入孔中打入有楔形件4；所述楔形件4的一个侧面与所述第一波形钢腹板构件1或第二波形钢腹板构件2的翼缘紧密配合，优选的，所述楔形件4的另一个侧面与所述套筒的内侧面也是紧密配合的；其中，相邻连接的两个波形钢腹板构件之间预留的初始间距可根据软岩的变形情况计算确定；当所述第一波形钢腹板构件和/或第二波形钢腹板构件承受的外力，大于所述楔形件和所述第一波形钢腹板构件或第二波形钢腹板构件的摩擦力时，所述第一波形钢腹板构件和第二波形钢腹板构件插入所述套筒中的端部相向移动。本发明中楔形件4常态下能够与所述第一波形钢腹板构件1或第二波形钢腹板构件2的翼缘紧密配合形成稳定的连接结构，当所述第一波形钢腹板构件和/或第二波形钢腹板构件承受的外力，大于所述楔形件和所述第一波形钢腹板构件或第二波形钢腹板构件的摩擦力时，楔形件4又能对所述第一波形钢腹板构件和第二波形钢腹板构件插入所述套筒中的端部的相向移动提供导向作用。本发明带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构实施例中，两相邻的波形钢腹板构件(第一波形钢腹板构件和第二波形钢腹板构件)的端部相对、预留预定间隙并通过套筒连接、通过楔形件和波形钢腹板构件的翼缘紧密配合以进行紧密连接；可缩性连接结构的滑移量可直接通过调节相邻两波形钢腹板构件间的距离来实现，变形达到预期计算值时两部分截面接触后工作性能完好，能很好地适应围岩的大变形；并且两相邻的波形钢腹板构件连接处的截面不存在偏心问题，不易出现连接处失稳的问题，容易满足受力要求；再者，连接时只需将两相邻的波形钢腹板构件的端部相对应，并预留好预定的间隙，通过套筒连接后，在套筒中打入楔形件即可实现可靠连接，结构简单，操作方便。参看图2，为了很好地适应围岩的大变形，在围岩变形达到预期计算值时，第一波形钢腹板构件1和第二波形钢腹板构件2两部分截面接触后使得受力，沿着第一波形钢腹板构件1和第二波形钢腹板构件2的轴向，即第一波形钢腹板构件1和第二波形钢腹板构件2的延伸方向，传递得更加平稳，在所述第一波形钢腹板构件1与所述第二波形钢腹板构件2相对的端部焊接有第一端板11；所述第一端板11与所述第一波形钢腹板构件1的腹板12和位于腹板12两侧的翼缘13焊接在一起；所述第二波形钢腹板构件2与所述第一波形钢腹板构件1相对的端部，焊接有第二端板(未图示)；所述第二端板与所述第二波形钢腹板构件2的腹板和位于腹板两侧的翼缘焊接在一起。在第一波形钢腹板构件1的端部焊接所述第一端板11的好处还在于，通过第一端板11与腹板12、翼缘13及楔形件4相互作用，确保本发明实施例的连接结构的稳定性。在第二波形钢腹板构件2的端部焊接所述第二端板的好处与所述第一端板11的好处相同。优选地，所述第一端板11和第二端板呈H型，并且所述第一端板11与所述第一波形钢腹板构件1的腹板12相对应的部分的厚度，大于所述第一波形钢腹板构件1的腹板12的厚度；所述第二端板与所述第二波形钢腹板构件2的腹板相对应的部分的厚度，大于所述第二波形钢腹板构件2的腹板的厚度。这样，在围岩变形达到预期计算值时，第一波形钢腹板构件1和第二波形钢腹板构件2两部分截面接触后使得受力的传递得更加平稳。参看图4、图5及图7，为防止套筒3与第一波形钢腹板构件1和第二波形钢腹板构件2相互配合时发生相对的转动，从而影响连接的稳定性，所述套筒3的横断面优选呈H型，中部为腹板容纳部31，两端为翼板容纳部32、33；其中每个翼板容纳部，如翼板容纳部32包括第一侧面321和第二侧面322，在第一侧面321和第二侧面322上开有插入所述楔形件3的通孔。参看图4至图6，优选地，每个翼板容纳部，如翼板容纳部32的外侧面323具有一坡度；所述外侧面323连接所述第一侧面321和第二侧面322，所述楔形件的坡度和所述每个翼板容纳部的外侧面的坡度，均为1∶30～1∶10，这样可使套筒和楔形件连接紧密同时让波形钢腹板能够发生预计的滑移量。参看图1及图3，本发明带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构一实施例，每个翼板容纳部，如翼板容纳部32的第一侧面321上开有第一通孔3211和第二通孔3212，在第二侧面322上开有第三通孔和第四通孔；其中，第一通孔和第三通孔相对应，第二通孔和第四通孔相对应；在第一通孔和第三通孔中打入有第一楔形件41，第一楔形件41的一个侧面与所述第一波形钢腹板构件1的翼缘紧密配合，优选地，所述第一楔形件41的另一个侧面与所述套筒3的内侧面紧密配合；在第二通孔和第四通孔中打入有第二楔形件42，第二楔形件42的一个侧面与所述第二波形钢腹板构件2的翼缘紧密配合，优选地，所述第二楔形件42的另一个侧面与所述套筒3的内侧面紧密配合。在本实施例中，每个翼板容纳部均打入有两个楔形件，在一个套筒上共打入四个楔形件，其中两个楔形件与第一波形钢腹板构件1的两侧的翼缘紧密配合，另两个楔形件与第二波形钢腹板构件2的两侧的翼缘紧密配合，优选的，所述四个楔形件的另一个侧面与套筒的内侧面也是紧密配合的。在本实施例中，所述第一波形钢腹板构件和第二波形钢腹板构件的腹板的波形，为正弦波、梯形波形或三角形波形。本发明实施例还提供一种用于软岩隧道的支架，包括任一实施例所述的带楔形件的波形钢腹板构件可缩性连接结构。本发明用于软岩隧道的支架实施例，两相邻的波形钢腹板构件的端部相对、预留预定间隙并通过套筒连接、通过楔形件和波形钢腹板构件的翼缘紧密配合以进行紧密连接；可缩性连接结构的滑移量可直接通过调节相邻两波形钢腹板构件间的距离来实现，变形达到预期计算值时两部分截面接触后工作性能完好，能很好地适应围岩的大变形；并且两相邻的波形钢腹板构件连接处的截面不存在偏心问题，不易出现连接处失稳的问题，容易满足受力要求；再者，连接时只需将两相邻的波形钢腹板构件的端部相对应，并预留好预定的间隙，通过套筒连接后，在套筒中打入楔形件即可实现可靠连接，结构简单，操作方便。本发明实施例还提供一种用于软岩隧道的支架的安装方法，包括步骤：S11、在工厂将上翼缘、下翼缘和波形钢腹板构件制作完成；S12、将上翼缘和下翼缘分别与波形钢腹板构件焊接以形成波形钢腹板构件工型截面构件，并在形成的波形钢腹板构件工型截面构件的端部，用端板将上、下翼缘板和腹板连接起来；S13、在弯制机器上将波形钢腹板构件工型截面构件弯成隧道支架的形状，运至施工现场；S14、将相邻两段波形钢腹板构件留置好预定的滑移量后通过套筒连接起来，然后在套筒中打入楔形件，使相邻的两段波形钢腹板构件与套筒紧密连接起来以形成支架结构。打入楔形件时要完全压紧，不能脱落。本发明用于软岩隧道的支架的安装方法实施例，两相邻的波形钢腹板构件的端部相对、预留预定间隙并通过套筒连接、通过楔形件和波形钢腹板构件的翼缘紧密配合以进行紧密连接；可缩性连接结构的滑移量可直接通过调节相邻两波形钢腹板构件间的距离来实现，变形达到预期计算值时两部分截面接触后工作性能完好，能很好地适应围岩的大变形；并且两相邻的波形钢腹板构件连接处的截面不存在偏心问题，不易出现连接处失稳的问题，容易满足受力要求；再者，连接时只需将两相邻的波形钢腹板构件的端部相对应，并预留好预定的间隙，通过套筒连接后，在套筒中打入楔形件即可实现可靠连接，结构简单，操作方便。此外，本发明上述各实施例相对于现有技术还具有以下优点：①制作加工简单，安装方便。波形钢腹板构件、套筒，楔形件均为工厂制作，易于保证质量，现场只需安装上套筒并将楔形件打入套筒中，安装简单方便，能够明显提高结构的综合效益，②波形钢腹板间的滑移量可根据围岩的实际情况确定，将套筒与其紧密连接起来，这种可缩性连接方式使得支架结构能够适应软岩产生的大变形。③用楔形件连接能保证节点刚度，不发生平面外失稳，保证了节点失稳不先于整体失稳。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。