具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，当元件被称为“固定于”、“设置于”或“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上；术语“安装”、“相连”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”......仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”......的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1-图4所示，本发明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，以及设于所述聚氨酯弹性体4靠近所述第一钢架连接板1的一端的传感器6(选择性设置)；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；所述法兰板3为中空的圆盘状结构，所述法兰板3的一端焊接在所述第二钢架连接板2上，所述法兰板3的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；本发明自适应、安全性高，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，接触稳定，受力均匀，安全余量高，安全性好,能够对钢架及隧道内部支撑结构进行有效保护；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单元的定位与锁定，操作简单，安装简易。

进一步地，如图1-图4所示，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，所述第一板体31的圆周上均匀间隔设有多个固位凹槽311；所述固位凹槽311的开口方向与所述第一板体31的径向方向一致；所述第一钢架连接板1和所述第二钢架连接板2分别设有多个安装孔，所述定位螺栓5 通过所述固位凹槽311和第一钢架连接板1上的安装孔将所述第一板体31 与所述第一钢架连接板1固定；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；

进一步地，如图1-图4所示，所述聚氨酯弹性体4设于所述第一板体 31和所述第二板体32的中空空间内，为本发明主要的承力和压缩部件，其回转线分别与第一钢架连接板1、第二钢架连接板2的中轴线重合，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；所述第一板体31 和所述第二板体32设置中空空间，一方面用于减轻重量，另一方面用于供所述聚氨酯弹性体4穿过。

进一步地，如图1-图4所示，所述聚氨酯弹性体4为圆柱形，热塑性聚氨酯弹性体具备优异的性能，在工业领域广泛应用，已成为重要的弹性体材料之一；线型聚氨酯分子链之间存在着许多氢键构成的物理交联，氢键对其形态起到强化作用，使聚氨酯具有高模量、高强度，优良的耐磨性、耐化学品、耐水解性、耐髙低温和耐霉菌性等许多优良的性能；同时，聚氨酯材料可呈现黄色或红色等多种颜色，不同的颜色可方便工人在施工中进行辨识和沟通，用肉眼可对聚氨酯情况进行观察，提高应用能见度和应用安全性；本发明的承载力范围广、可设计性强，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；本发明的能量吸收能力强，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；本发明的压缩行程大，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；本发明采用的聚氨酯为非金属部件，密度仅为1220kg/m3左右，整体重量轻。

进一步地，如图2所示，所述聚氨酯弹性体4的顶部根据实际需要选择性安装有传感器，用于根据项目实际需求对本发明的压缩量和荷载进行实时监控。

如图5所示，本发明提供的一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统的使用方法：

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；

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；

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(如图3所示，为本发明的初始状态，此时聚氨酯弹性体压缩量为零)；

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(100mm)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(如图4所示)；

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；

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。

为了验证本发明的自适应承压吸能隧道钢架接头的承载力和压缩性能，使用压力试验机对本发明的聚氨酯弹性体核心部件进行了力-位移试验：当本发明的自适应承压吸能隧道钢架接头受到的压力为0.96KN(接近 1T)时，聚氨酯弹性体的压缩量为550mm，聚氨酯弹性体被压缩，直径增大，母线呈曲线状；当继续施加荷载，使本发明的自适应承压吸能隧道钢架接头受到的压力为39.7KN(接近4T)时，压缩量100mm，聚氨酯整周周边呈鼓状，变形均匀，无开裂、蠕变现象；当压力撤除后，聚氨酯弹性体可回弹，仍然存在3％～4％的永久变形，试验结果满足实际工程要求。具体试验数据如表1所示：

表1聚氨酯弹性体试验数据

本发明提供的一种用于隧道钢架的自适应承压吸能系统的工作原理：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；本发明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发明的聚氨酯弹性体压缩量和荷载进行实时监控，使得本发明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；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；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；聚氨酯弹性体的聚氨酯为非金属部件，密度仅为1220kg/m³左右，重量轻；聚氨酯材料可呈现黄色或红色等多种颜色，不同的颜色可方便工人在施工中进行辨识和沟通，用肉眼可对聚氨酯情况进行观察，提高应用能见度和应用安全性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。