[发明专利]一种用于锚杆框架梁的减震消能构件的设计方法

权利要求书

1.一种用于锚杆框架梁的减震消能构件的设计方法，其特征在于，所述减震消能构件用于设置于锚头内，所述减震消能构件包括i组对合连接的叠合弹簧件，所述叠合弹簧件包括n个叠合连接的碟形弹簧片；其中，n为≥1的自然数，i为≥2的自然数，包括以下步骤：

步骤一、根据锚杆框架梁的使用环境，确定减震消能构件所需承受的荷载[F]，限定单个碟形弹簧片的外径D的取值范围，限定减震消能构件的高度H的范围；

步骤二、根据所述步骤一限定的单个碟形弹簧片外径D的取值范围，拟定单个碟形弹簧片外径D和叠合弹簧组件中碟形弹簧片个数n，并确定单个碟形弹簧片的厚度t、单个碟形弹簧片的变形量f、单个碟形弹簧的弹性模量E和泊松比μ，并计算出单个碟形弹簧片最大工作变形量h₀，并将D、n、t、f、E和μ代入公式一，得到n个碟形弹簧片叠合后的荷载F，判断F与[F]的误差值，若误差值在设计值的范围内则进行下一步计算，若超出设计值的范围则继续调整步骤一中单个碟形弹簧片外径D的数值，再次进行步骤一和步骤二的计算直至误差值在设计值的范围内；

其中，所述公式一：

公式一中：K₁、K₄——计算系数；

步骤三、确定减震消能构件的消能率或应变减小比为η，将η代入公式二中，得到刚度K，将刚度K代入公式三，得到n个碟形弹簧片压缩变形量[s]；然后再根据公式四得到叠合弹簧件对合组数[i]；若[i]为整数，则[i]即为实际叠合弹簧件对合组数i，[s]值为实际n个碟形弹簧片压缩变形量s，并进行下一步的计算；

若[i]为非整数时，将[i]取整得到叠合弹簧件对合组数i，再将i带入公式四得到s，判断s与[s]的误差值，若误差值在设计值的范围内则进行下一步计算，若超出设计值的范围则继续调整步骤一中单个碟形弹簧片直径D的数值再次进行步骤一～步骤三的计算直至误差值在设计值的范围内；

其中，所述公式二为：

所述公式三为：[s]＝F/K；所述公式四为：

[i]＝[s]/f或i＝s/f；

步骤四、将确定的刚度K、单片碟形弹簧片的变形量f、n个碟形弹簧片的荷载F、单个碟形弹簧片最大工作变形量h₀、单个碟形弹簧片厚度t代入公式五，计算出n个碟形弹簧片的自由高度H，比较H是否超出所述步骤一中限定高度H的范围，若未超出H的范围则该减震消能构件满足使用要求，否则重新调整所述步骤一中限定的碟形弹簧单个碟形弹簧片外径D的数值重新进行步骤一～步骤四的计算，直至满足计算得到的H值未超出限定的H值的范围；根据步骤一～步骤四确认最终减震消能构件消能率η，减震消能构件所能承受的荷载F，单个碟形弹簧片的外径D，n个碟形弹簧片的自由高度H，叠合弹簧件的对合数i；得到最终碟形弹簧的整体组合情况；

所述公式五为：H＝F×(h₀+nt)/Kf。

2.根据权利要求1所述的用于锚杆框架梁的减震消能构件的设计方法，其特征在于，所述步骤一中，确定减震消能构件所能承受的荷载[F]为50kN～200kN。

3.根据权利要求1所述的用于锚杆框架梁的减震消能构件的设计方法，其特征在于，所述步骤一中，单个碟形弹簧片的外径D的取值范围：D≤200mm。

4.根据权利要求3所述的用于锚杆框架梁的减震消能构件的设计方法，其特征在于，所述步骤一中，单个碟形弹簧片的外径D的取值范围：D≤150mm。

5.根据权利要求1所述的用于锚杆框架梁的减震消能构件的设计方法，其特征在于，所述步骤一中，减震消能构件的高度H的范围：H≤200mm。

6.根据权利要求1所述的用于锚杆框架梁的减震消能构件的设计方法，其特征在于，所述步骤一中，n个碟形弹簧片进行叠合中n的取值为1、2、3或4。

7.根据权利要求6所述的用于锚杆框架梁的减震消能构件的设计方法，其特征在于，所述步骤一中，n个碟形弹簧片进行叠合中n的取值为2或3。