【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道工程，具体为一种隧道自适应智能钢支撑机构及其拓扑优化方法。
技术介绍
1、隧道是一种常见的地下建筑结构，在隧道工程中，随着开挖的不断深进，隧道围岩的稳定性是施工安全与工程质量的关键，进而在隧道工程开挖过程中，需要对围岩进行及时的支护和处理；
2、传统钢支撑结构往往采用固定式设计，通过提前对刚支撑结构进行制作，在运至隧道内后进行现场搭建，对围岩进行支撑，但是随着隧道的不断开挖施工，隧道内围岩的变形会发生动态变化，导致传统的杠支撑机构支撑效果不佳或材料浪费严重，存在一定安全风险。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种隧道自适应智能钢支撑机构及其拓扑优化方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种隧道自适应智能钢支撑机构，所述隧道自适应智能钢支撑机构包括：
3、钢支护主体，所述钢支护主体包括若干变形支撑单元架，若干变形支撑单元架通过拼装螺栓焊接组成钢支护主体，且变形支撑单元架的外缘通过钢筋网与围岩相接触；
4、扩撑组件，所述扩撑组件通过调节组件活动插接变形支撑单元架靠近围岩的一侧，扩撑组件包括扩撑板，调节组件包括第一支撑架和第二支撑架，变形支撑单元架内插接焊设有焊接安装框，第一支撑架和第二支撑架活动插接焊接安装框内；
5、控制组件，所述控制组件设于焊接安装框下端，控制组件包括控制螺杆和升降座，且升降座两侧分别与第一支撑架和第二支撑架相连接。
7、优选的，所述扩撑板下端设有推动框，推动框内两侧水平对称设有两个导向滑竿，两个导向滑竿的两侧分别共同滑动设有滑块，两个滑块的下端均水平设有第一连轴，且第一支撑架和第二支撑架贯穿焊接安装框的上端分别与两个第一连轴活动套接。
8、优选的，所述第一支撑架和第二支撑架贯穿焊接安装框的下端均水平设有第三连轴，两个第三连轴上均活动套接设有牵拉架，焊接安装框下端焊接设有牵拉架，控制螺杆通过轴承竖直插接置于牵拉架内，控制螺杆通过螺纹套接设有升降座，升降座的两侧均对称设有第二连轴，且两个牵拉架远离第三连轴的一侧分别活动套接两个第二连轴。
9、优选的，所述控制安装架下端中心开设有盘槽，控制螺杆下端贯穿插接置于盘槽内并设有定位盘，且定位盘下端中心设有棱形接头。
10、优选的，所述定位盘的外周侧对称开设有若干定位槽，盘槽内一侧开设有收纳槽，收纳槽内活动插接设有定位块，定位块一侧活动插接定位盘的一侧定位槽内，且定位块和定位槽的两侧面均为倾斜面。
11、优选的，所述控制安装架内靠近收纳槽的一侧开设有弹簧槽，收纳槽和弹簧槽之间水平活动插接设有弹簧杆，弹簧杆置于收纳槽内一侧与定位块相连接设置。
12、优选的，所述弹簧杆置于弹簧槽内一侧设有压板，且弹簧杆位于压板一侧套接设有支撑弹簧。
13、优选的，所述弹簧杆一侧贯穿弹簧槽和控制安装架的一侧，控制安装架位于弹簧杆贯穿的一侧设有螺纹环，螺纹环通过螺纹套接设有限位帽，且定位块插接定位槽内时，弹簧杆一侧与限位帽相抵接。
14、一种使用隧道自适应智能钢支撑机构的拓扑优化方法，包括以下步骤：
15、步骤一：建立初始模型，利用计算机辅助设计软件，根据隧道设计参数和围岩条件，建立详细的钢支撑结构三维模型；
16、步骤二：定义设计变量与约束条件，明确拓扑优化过程中的设计变量和约束条件。
17、步骤三：拓扑优化分析，采用专业的拓扑优化软件，对初始模型进行多轮迭代计算，优化过程中，软件将自动去除对结构性能贡献较小的材料部分，同时加强关键受力区域，通过不断调整设计变量和约束条件，寻找最优的材料分布方案。
18、步骤四：结果验证与优化，对拓扑优化后的模型进行有限元分析验证，确保其满足所有设计要求和约束条件，如不满足要求，则返回调整设计变量和约束条件重新进行优化分析，同时，结合实验数据和工程经验对优化结果进行进一步验证和优化，最终得到具有高效拓扑结构的钢支撑设计方案。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
20、在钢支护主体设计时，通过若干带有扩撑组件和控制组件的变形支撑单元架进行组装施工，在隧道工程施工过程中，通过扩撑板改变钢支护主体的外形，实现隧道内围岩的加强支撑，提高施工的安全性和稳定性，同时优化的结构的设计，提高支撑效率和质量，降低后期维护材料成本和难度，减少人工干预，缩短工期。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种隧道自适应智能钢支撑机构，其特征在于：该钢支撑机构包括：
2.根据权利要求1所述的一种隧道自适应智能钢支撑机构，其特征在于：所述变形支撑单元架(2)为工形钢结构，若干变形支撑单元架(2)为等尺寸弯折弧形结构，变形支撑单元架(2)的腹板中心开设有焊拼槽，焊接安装框(3)水平焊接设于焊拼槽内，焊接安装框(3)内中心水平设有交叉连轴(4)，第一支撑架(5)和第二支撑架(6)交叉插接设置，第一支撑架(5)和第二支撑架(6)的交叉位置分别活动套接交叉连轴(4)。
3.根据权利要求2所述的一种隧道自适应智能钢支撑机构，其特征在于：所述扩撑板(7)下端设有推动框(8)，推动框(8)内两侧水平对称设有两个导向滑竿(9)，两个导向滑竿(9)的两侧分别共同滑动设有滑块(10)，两个滑块(10)的下端均水平设有第一连轴(11)，且第一支撑架(5)和第二支撑架(6)贯穿焊接安装框(3)的上端分别与两个第一连轴(11)活动套接。
4.根据权利要求3所述的一种隧道自适应智能钢支撑机构，其特征在于：所述第一支撑架(5)和第二支撑架(6)贯穿焊接安装框(3)的下端均水
5.根据权利要求4所述的一种隧道自适应智能钢支撑机构，其特征在于：所述控制安装架(12)下端中心开设有盘槽，控制螺杆(13)下端贯穿插接置于盘槽内并设有定位盘(18)，且定位盘(18)下端中心设有棱形接头(19)。
6.根据权利要求5所述的一种隧道自适应智能钢支撑机构，其特征在于：所述定位盘(18)的外周侧对称开设有若干定位槽(20)，盘槽内一侧开设有收纳槽(21)，收纳槽(21)内活动插接设有定位块(24)，定位块(24)一侧活动插接定位盘(18)的一侧定位槽(20)内，且定位块(24)和定位槽(20)的两侧面均为倾斜面。
7.根据权利要求6所述的一种隧道自适应智能钢支撑机构，其特征在于：所述控制安装架(12)内靠近收纳槽(21)的一侧开设有弹簧槽(22)，收纳槽(21)和弹簧槽(22)之间水平活动插接设有弹簧杆(23)，弹簧杆(23)置于收纳槽(21)内一侧与定位块(24)相连接设置。
8.根据权利要求7所述的一种隧道自适应智能钢支撑机构，其特征在于：所述弹簧杆(23)置于弹簧槽(22)内一侧设有压板，且弹簧杆(23)位于压板一侧套接设有支撑弹簧(25)。
9.根据权利要求8所述的一种隧道自适应智能钢支撑机构，其特征在于：所述弹簧杆(23)一侧贯穿弹簧槽(22)和控制安装架(12)的一侧，控制安装架(12)位于弹簧杆(23)贯穿的一侧设有螺纹环，螺纹环通过螺纹套接设有限位帽(26)，且定位块(24)插接定位槽(20)内时，弹簧杆(23)一侧与限位帽(26)相抵接。
10.一种使用权利要求1-9任意一项所述的隧道自适应智能钢支撑机构的拓扑优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种隧道自适应智能钢支撑机构，其特征在于：该钢支撑机构包括：
2.根据权利要求1所述的一种隧道自适应智能钢支撑机构，其特征在于：所述变形支撑单元架(2)为工形钢结构，若干变形支撑单元架(2)为等尺寸弯折弧形结构，变形支撑单元架(2)的腹板中心开设有焊拼槽，焊接安装框(3)水平焊接设于焊拼槽内，焊接安装框(3)内中心水平设有交叉连轴(4)，第一支撑架(5)和第二支撑架(6)交叉插接设置，第一支撑架(5)和第二支撑架(6)的交叉位置分别活动套接交叉连轴(4)。
3.根据权利要求2所述的一种隧道自适应智能钢支撑机构，其特征在于：所述扩撑板(7)下端设有推动框(8)，推动框(8)内两侧水平对称设有两个导向滑竿(9)，两个导向滑竿(9)的两侧分别共同滑动设有滑块(10)，两个滑块(10)的下端均水平设有第一连轴(11)，且第一支撑架(5)和第二支撑架(6)贯穿焊接安装框(3)的上端分别与两个第一连轴(11)活动套接。
4.根据权利要求3所述的一种隧道自适应智能钢支撑机构，其特征在于：所述第一支撑架(5)和第二支撑架(6)贯穿焊接安装框(3)的下端均水平设有第三连轴(16)，两个第三连轴(16)上均活动套接设有牵拉架(17)，焊接安装框(3)下端焊接设有牵拉架(17)，控制螺杆(13)通过轴承竖直插接置于牵拉架(17)内，控制螺杆(13)通过螺纹套接设有升降座(14)，升降座(14)的两侧均对称设有第二连轴(15)，且两个牵拉架(17)远离第三连轴(16)的一侧分别活动套接两个第二连轴(15)。
5.根据权利要求4所述的一种隧道自适应智能钢支撑机...
【专利技术属性】
技术研发人员：盛明宏，汪亦显，刘超，汤瑞，刘玉丽，代杰，洪本安，吴芳平，王凯，钱程，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。