一種半主動變剛度耗能減震控制錨桿，其結構由控制器（1）、通訊線（2）、傳感器（3）、變剛度控制裝置（12）、套筒（20）、中空錨管（5）、錨具（10）、錨固彈簧（11）和支護結構（4）組成。變剛度控制裝置（12）由液壓缸（13）、雙出桿活塞（14）、油液（16）、旁通管路（17）、電液伺服閥（18）、剛度彈簧（19a）、剛度彈簧（19b）、螺栓（23）連接的支撐箱（21）和墊板（22）組成。本發明專利技術解決了地震作用造成的錨噴支護結構變形過大、支護結構不能自我調節、甚至破壞等無法根治的問題，提高錨噴支護結構的抗震性能和支護體的安全穩定性。
【技術實現步驟摘要】
一種半主動變剛度耗能減震控制錨桿
本專利技術屬于錨噴支護結構的振動控制領域，具體涉及一種半主動變剛度耗能減震控制錨桿，特別適用于隧道、礦山巷道和高陡邊坡等永久性支護工程。
技術介紹
地震是人類面臨的最嚴重自然災害之一，它引起的建筑物倒塌、隧道塌方和山體滑坡等一系列災害，給人類帶來了巨大的生命和財產損失。我國地處太平洋地震帶和歐亞地震帶之間，是遭受地震災害最為嚴重的國家之一，因而抗震防災的任務十分艱巨。抗震設計主要致力于保證結構自身具有一定的強度、剛度和延性，以滿足一定的抗震要求。這種設計，結構處于被動抵御地震的地位，因此是一種消極的設計。隨著科技的進步，傳統抗震設計方法越來越難滿足現階段提出的更嚴格的抗震安全性和適用性要求。為此，各國地震工程學家一直在尋求新的抗震設計途徑，以隔振、減震技術為特點的控制設計理論便產生了。1972年美籍華人Yao首先將控制理論應用于土木結構振動的分析，提出了結構振動控制的概念。工程結構減震控制是在結構中適當的部位安裝振(震)動控制系統，用來改變或調整結構的動力特性，阻隔、抵消外部地震激勵，或耗散已經輸入到結構系統中的地震能量，減輕結構的破壞或疲勞損傷，達到經濟性、安全性與可靠性的合理平衡。對于結構振動控制的方法總體可分為四個方面:被動控制、主動控制、半主動與智能控制以及混合控制。被動控制主要利用被動耗能元件與結構整體一起振動，吸收振動能量，從而達到減振的目的，它的減振效果不高。主動控制是利用主動控制算法計算出控制所需要的最優控制力，并通過機械裝置將最優控制力施加給結構，達到減振效果。從理論上講，主動控制的減振效果最好，但巨大的控制力需要外界機械設備施加，反應較慢。半主動控制是通過改變半主動元件的特定參數來改變其對結構振動的阻礙程度，它既有被動控制的可靠性，又有主動控制的可調性，并且結構簡單，反應快，出力大，耗能少。目前結構振動控制的研究成果已成功應用于建筑結構、橋梁結構和高聳結構的抗風和抗震工程中，但錨噴支護領域的減震研究還停留在被動的隔震減震階段。采取主動控制、半主動與智能控制以及混合控制的方法在錨噴支護領域的控制研究處于起步階段，應用純屬空白。錨噴支護技術由于質量輕、柔度大等特點，在控制變形方面擁有獨特的優越性，故在隧道、礦山巷道、邊坡和基坑等支護工程中占有重要的地位。然而現有的錨噴支護結構在減震控制方面存在很大的缺陷，主要以增大支護結構剛度或增設隔震層的方式來抵御地震作用。當地震作用超過一定的限值，被動的增加剛度或增設隔震層的支護結構仍可能出現過大的變形、甚至破壞，導致支護體的失穩垮塌。另外，由于錨噴支護結構自身施作空間的限制，不能為主動控制所需的機械設備提供足夠的空間，然而半主動控制卻能夠滿足這種需求，故它成為錨噴支護結構振動控制的最佳選擇。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種半主動變剛度耗能減震控制錨桿，解決地震作用造成的錨噴支護結構及不穩定巖土體變形過大、甚至失穩垮塌，無法自我調節的問題，提高錨噴支護結構的抗震性能和支護體的安全性。本專利技術是一種半主動變剛度耗能減震控制錨桿，該控制錨桿由控制器1、通訊線2、傳感器3、變剛度控制裝置12、套筒20、中空錨管5、錨具10、錨固彈簧11和支護結構4組成；其中變剛度控制裝置12由液壓缸13、雙出桿活塞14、油液16、旁通管路17、電液伺服閥18、第一剛度彈簧19a、第二剛度彈簧1%、螺栓23連接的支撐箱21和墊板22組成；控制器I是一臺帶有A/D和D/A數據采集與轉換板的PC機，安裝有控制算法和電液伺服閥18的驅動軟件的PC機能夠控制電液伺服閥18的開/關狀態；雙出桿活塞14和液壓缸13的形狀為圓柱形；雙出桿活塞14能在液壓缸13內自由滑動，雙出桿活塞14的左出桿上套有第一剛度彈簧19a，右出桿上套有第二剛度彈簧1%，且右出桿段末端帶有螺紋15，雙出桿直徑等于中空錨管5的直徑。 本專利技術的有益效果是:本專利技術集合半主動變剛度控制裝置與中空錨管于一體形成半主動變剛度耗能減震控制錨桿，特別適用于重要的永久性錨噴支護結構的振動控制，提高了支護體在靜、動荷載作用下的穩定性，減輕了地震動造成的危害。中空錨管在靜態時由錨固彈簧提供錨頭反力，而在動態時錨固彈簧變形，消耗一定的能量；變剛度控制裝置對支護結構通過耗能進行減震以及提供與運動方向相反的阻礙力，減小了支護結構的動力反應，故它為支護結構的一種耗能減震裝置，確保支護體的安全穩定。變剛度控制裝置是通過調節電液伺服閥的開口狀態來實現不同程度的剛度狀態，只需少量的能源來維持電液伺服閥的正常工作，不需要消耗巨大的外部能源提供直接的控制力。另外，它既有被動控制的可靠性，又有主動控制的可調性，并且結構簡單，所需空間小，反應快，出力大等優點。本專利技術的目的是提供一種半主動變剛度耗能減震控制錨桿，解決了地震作用無法預測造成的錨噴支護結構變形過大、支護結構不能自我調節、甚至破壞等無法根治的問題，提高錨噴支護結構的抗震性能和支護體的安全穩定性。【附圖說明】圖1是本專利技術的原理結構示意圖，圖2是本專利技術的結構示意圖，圖中中空錨管5的右側部分與圖4相同，圖3是圖2中的變剛度控制裝置12的結構示意圖，圖4是圖2中的中空錨管5的結構示意圖，圖5是本專利技術在隧道支護工程中實施的結構示意圖，圖中液壓缸13左側部分與圖2相同。【具體實施方式】如圖2所示，本專利技術是一種半主動變剛度耗能減震控制錨桿，該控制錨桿由控制器1、通訊線2、傳感器3、變剛度控制裝置12、套筒20、中空錨管5、錨具10、錨固彈簧11和支護結構4組成；其中變剛度控制裝置12由液壓缸13、雙出桿活塞14、油液16、旁通管路17、電液伺服閥18、第一剛度彈簧19a、第二剛度彈簧1%、螺栓23連接的支撐箱21和墊板22組成；控制器I是一臺帶有A/D和D/A數據采集與轉換板的PC機，安裝有控制算法和電液伺服閥18的驅動軟件的PC機能夠控制電液伺服閥18的開/關狀態；雙出桿活塞14和液壓缸13的形狀為圓柱形；雙出桿活塞14能在液壓缸13內自由滑動，雙出桿活塞14的左出桿上套有第一剛度彈簧19a，右出桿上套有第二剛度彈簧19b，且右出桿段末端帶有螺紋15，雙出桿直徑等于中空錨管5的直徑。 如圖2所示，中空錨管5是前段帶有用于連接的螺紋6，后半段帶有出漿孔8、用于增大粘結力的刺棒7和用于堵漿的止漿塞9，止漿塞(9)焊接在鋼管外。如圖2所示，錨固彈簧11位于錨具10和支護結構4之間，剛度系數為400N/mm~600N/mm,直徑為 50mm~60mm。如圖2所示，第一剛度彈簧19a和第二剛度彈簧19b的剛度系數為800N/mnTl500N/mm，直徑為80mnTl20mm ;第二剛度彈簧19b套在套筒20、錨具10和錨固彈簧11外。如圖2、圖3、圖5所示，支撐箱21和墊板22為鋼板，板厚度為4mnT8mm ;用螺栓23將支撐箱21和墊板22與支護結構4固定連接。如圖2、圖3、圖5所示，油液16為粘滯阻尼液。如圖2、圖3、圖5所示，雙出桿活塞14和液壓缸13的形狀為圓柱形，柱高為300mm~400mm,底面圓的直徑為150mm~250mm。中空錨管5的直徑為30mm~40mm,厚度為3mnT4mm0本專利技術的半主動變剛度振動控制的減振機理:以單自由度體系為例本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種半主動變剛度耗能減震控制錨桿，其特征在于該控制錨桿由控制器（1）、通訊線（2）、傳感器（3）、變剛度控制裝置（12）、套筒（20）、中空錨管（5）、錨具（10）、錨固彈簧（11）和支護結構（4）組成；其中變剛度控制裝置（12）由液壓缸（13）、雙出桿活塞（14）、油液（16）、旁通管路（17）、電液伺服閥（18）、第一剛度彈簧（19a）、第二剛度彈簧（19b）、螺栓（23）連接的支撐箱（21）和墊板（22）組成；控制器（1）是一臺帶有A/D和D/A數據采集與轉換板的PC機，安裝有控制算法和電液伺服閥（18）的驅動軟件的PC機能夠控制電液伺服閥（18）的開/關狀態；雙出桿活塞（14）和液壓缸（13）的形狀為圓柱形；雙出桿活塞（14）能在液壓缸（13）內自由滑動，雙出桿活塞（14）的左出桿上套有第一剛度彈簧（19a），右出桿上套有第二剛度彈簧（19b），且右出桿段末端帶有螺紋（15），雙出桿直徑等于中空錨管（5）的直徑。
【技術特征摘要】
1.一種半主動變剛度耗能減震控制錨桿，其特征在于該控制錨桿由控制器(I)、通訊線(2)、傳感器(3)、變剛度控制裝置(12)、套筒(20)、中空錨管(5)、錨具(10)、錨固彈簧(11)和支護結構(4)組成；其中變剛度控制裝置(12)由液壓缸(13)、雙出桿活塞(14)、油液(16)、旁通管路(17)、電液伺服閥(18)、第一剛度彈簧(19a)、第二剛度彈簧(1%)、螺栓(23)連接的支撐箱(21)和墊板(22)組成；控制器(I)是一臺帶有A/D和D/A數據采集與轉換板的PC機，安裝有控制算法和電液伺服閥(18)的驅動軟件的PC機能夠控制電液伺服閥(18)的開/關狀態；雙出桿活塞(14)和液壓缸(13)的形狀為圓柱形；雙出桿活塞(14)能在液壓缸(13)內自由滑動，雙出桿活塞(14)的左出桿上套有第一剛度彈簧(19a)，右出桿上套有第二剛度彈簧(19b)，且右出桿段末端帶有螺紋(15)，雙出桿直徑等于中空錨管(5)的直徑。2.根據權利要求1所述的半主動變剛度耗能減震控制錨桿，其特征在于:中空錨管(5)是前段帶有用于連接的螺紋(6)，后半段帶有出漿孔(8)、用于增大粘結力的刺棒(7)和用于堵漿的止漿塞(9 )，止漿塞(9 )焊接在鋼管外。...
【專利技術屬性】
技術研發人員：董建華，王永勝，董旭光，王冰霞，吳意謙，劉彥東，張媛，代濤，袁方龍，
申請(專利權)人：蘭州理工大學，
類型：發明
國別省市：
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