本發明涉及土木工程、地下工程支護等結構安全，具體涉及一種恒阻屈服吸能裝置及其應用。

背景技術：

1、在土木工程和地下工程領域，結構常面臨多種復雜荷載作用，如地震產生的抗震力、沖擊荷載以及巖土地層的高地壓力等。金屬材料作為常用的工程材料，其力學性能對結構安全至關重要。以熱軋鋼材q345合金鋼為例，在拉力作用下有彈性變形、屈服階段、強化階段和頸縮斷裂階段。在彈性階段，應力與應變呈線性關系，變形可恢復；屈服階段應力基本不變但應變持續增加；強化階段材料強度因加工硬化而提高；頸縮斷裂階段試樣局部頸縮直至斷裂。高強度鋼材如常見抗拉強度等級為1860mpa的預應力鋼絞線，屈服強度通常在抗拉強度的80%左右，延伸率一般不小于3.5%，且沒有明顯屈服平臺，需用規定非比例延伸強度r_{p0.2}衡量。從工程應用角度出發，為確保安全，一般傾向于使用低屈服強度、伸長量大、延展韌性好的材料，但在一些工程場景中，既需要材料具備高強度，又要有長的伸長量，然而同時滿足這兩個條件的材料，如鈦合金等，成本高昂，這在一定程度上限制了工程的經濟性和廣泛應用。

2、因此，亟待一種既能具備高強又具備長得穩定可控的伸長量的且造價較低的解決方案迫在眉睫。

技術實現思路

1、本發明的目的是針對現有技術中存在的上述問題，提供了一種恒阻屈服吸能裝置，通過材料與結構組合的技術方案，利用獨特設計的恒阻屈服吸能裝置，實現高強度、高屈服點和長延伸量的特性，以提升結構安全韌性并降低造價。

2、為了實現上述申請目的，本發明采用了以下技術方案：一種恒阻屈服吸能裝置包括：

3、屈服管，為直的圓形鋼管，其中段為等壁厚，該段長度范圍的外壁面具有垂直于管中心軸線的規則刻痕紋，屈服管的頭端部的內腔比中段的內腔大并與中段的內腔形成漸變面配合，屈服管的尾端部設有堵頭；

4、穿設于屈服管內的桿體，長度大于屈服管的長度；

5、擠壓頭，前端部具有犁頭部，與屈服管的中段內腔配合，能夠在足夠荷載作用下沿屈服管的內腔從頭端部滑移到尾端部；

6、當屈服管的頭端部固定且桿體承受的荷載超過屈服閾值后，桿體能夠帶動擠壓頭沿屈服管中段內腔朝向尾端滑移，實現恒阻拉力吸能。

7、進一步地，規則刻痕紋包括刻痕間隔、刻痕寬度和刻痕深度，刻痕間隔為屈服管外徑的5%~60%，刻痕周期為屈服管外徑比的6%~90%，刻痕周期為屈服管壁厚的50%~500%；

8、其中，刻痕周期為刻痕間隔與刻痕寬度之和。

9、進一步地，屈服管的中段長度范圍為0.05~2.0米，恒阻屈服伸長量范圍為0.05~2.0米。

10、一種雙向拉力型恒阻屈服裝置，包括兩個如上述的恒阻屈服吸能裝置，以屈服管的頭端部為縱軸線對向組合，通過連接件連接成一個組件，當兩個桿體對向受足夠荷載時，帶動擠壓頭沿各自屈服管的中段內腔向尾端部滑移，實現雙向恒阻吸能。

11、一種對向壓力型恒阻屈服裝置，包括一個上述的恒阻屈服吸能裝置、單獨的一個屈服管、單獨的一個擠壓頭以及兩個反力件，恒阻屈服吸能裝置的桿體位于兩個屈服管之間，兩個屈服管對稱設置，且兩個屈服管的頭端部各固定有擠壓頭和反力件，該擠壓頭位于桿體長度方向的兩端；

12、當屈服管的頭端部固定不動且各自對向受外部壓力荷載時，壓力荷載通過兩端的擠壓頭同時對向受壓；

13、當荷載超過屈服閾值后，帶動桿體雙向沿屈服管內腔朝尾端部滑移，實現恒阻吸能。

14、一種恒阻屈服吸能錨桿，包括上述的恒阻屈服吸能裝置、錨頭支承墊板和反力件，恒阻屈服吸能裝置的桿體作為錨桿體，一端與屈服管連接，另一端錨固在巖土層的錨桿孔中，反力件與屈服管的頭端部一體化或可拆卸連接，并與錨頭支承墊板配合承接地應力荷載。

15、進一步地，錨桿體為高強鋼絞線，擠壓頭采用夾片錨具固定，或錨桿體為剛性桿體，擠壓頭采用螺母固定。

16、一種多點恒阻屈服吸能錨桿，包括錨頭端和錨尾端各設置一組上述的恒阻屈服吸能裝置、中部設置一組或多組雙向拉力型恒阻屈服裝置以及錨頭部的支撐墊板和反力件，錨桿體為非黏結桿體并代替恒阻屈服吸能裝置的桿體和雙向拉力型恒阻屈服裝置的桿體，能夠在錨桿孔中受荷載后伸長和滑移，屈服管與錨桿孔黏結固定形成錨點，當錨桿受地層荷載時，分段接收荷載并吸收地層能量；

17、其中，每組雙向拉力型恒阻屈服裝置包括兩個上述的恒阻屈服吸能裝置，以屈服管的頭端部為縱軸線對向組合，通過連接件連接成一個組件，當兩個桿體對向受足夠荷載時，帶動擠壓頭沿各自屈服管的中段內腔向尾端部滑移，實現雙向恒阻吸能。

18、一種恒阻屈服鋼拱架，包括多段環形鋼管和多組如上述的對向壓力型恒阻屈服裝置，環形鋼管之間通過連接部位設置對壓型恒阻屈服裝置和連接輔助管，每組對壓型恒阻屈服裝置的左右兩根屈服管分別安裝在兩根環形鋼管的端部內腔，并通過反力件與環形鋼管的端部固定配套傳力，輔助管套在環形鋼管的連接部位的外側，并覆蓋超過環形鋼管端部的連接部位之間的空隙，一端與環形鋼管外壁固定，另一端可沿其外壁滑移。

19、一種橋墩防船撞浮筒，包括圍繞橋墩截面形狀相匹配的浮筒內環、外環以及多組上述的對向壓力型恒阻屈服裝置，形成密閉且能夠隨水位變化上下浮動的結構，對向壓力型恒阻屈服裝置徑向布設在浮筒內，并與內環、外環配合固定。

20、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

21、1.結構安全與穩定性提升

22、恒阻屈服吸能特性：本發明通過獨特的結構設計，實現了恒阻屈服吸能功能。在面對抗震力、沖擊力、高地壓力等動荷載時，裝置能夠持續提供恒定的力和變形，有效吸收能量，防止結構或裝備的破壞，顯著提升了結構的安全性和穩定性。

23、高強高延性結合：通過構件的結構方式，實現了高強度（高拉力）和長伸長量的特性。這種結合在現有技術中難以實現，尤其是在高強度鋼材通常沒有明顯屈服平臺的情況下，本發明提供了一種有效的解決方案，滿足了工程中對材料高強度和長伸長量的雙重需求。

24、2.工程適應性增強

25、多種工程應用場景：本發明的裝置適用于多種工程領域，包括巖土錨桿支護、地下工程硐室支護、防撞沖擊防護等。通過不同的實施方式（如單組拉力型、雙組對拉型、雙組對壓型等），能夠靈活應對各種工程需求，具有廣泛的適用性。

26、解決高地應力問題：在地下工程中，高地應力巖爆或擠壓大變形是一個常見問題。本發明的恒阻屈服吸能錨桿和鋼拱架能夠有效吸收地層能量，解決高地應力帶來的工程難題，保障地下工程的順利進行。

27、3.經濟性與成本控制

28、材料成本降低：本發明通過結構設計實現了高強度和長伸長量的結合，避免了使用高成本的特殊材料（如鈦合金等）。在保證性能的前提下，降低了材料成本，具有顯著的經濟優勢。

29、施工便利性：裝置的結構設計簡潔，安裝和維護方便。例如，錨桿體采用高強鋼絞線，頭部固定的擠壓頭采用夾片錨具，施工過程中易于操作，減少了施工時間和人力成本。

30、4.能量吸收與耗散能力增強

31、高效能量吸收：裝置在受力超過屈服閾值后，通過桿體帶動擠壓頭在屈服管內滑移，實現恒阻拉力吸能。這種吸能方式能夠高效地將動荷載能量轉化為變形能，減少對結構的沖擊，保護結構的完整性。

32、穩定的吸能性能：試驗研究表明，本發明的裝置具有穩定的恒阻屈服特性。屈服力值波動小，吸能效果穩定可靠，能夠有效應對復雜的工程荷載條件。

33、5.維護與使用壽命

34、減少結構損傷：通過吸收和耗散能量，裝置能夠減少結構在動荷載作用下的損傷，延長結構的使用壽命。在抗震、抗沖擊等方面，能夠有效降低結構的維修和更換頻率，降低長期維護成本。

35、可預測的性能：裝置的恒阻屈服特性具有可預測性，通過設計參數（如刻痕間隔、刻痕寬度、刻痕深度等）的調整，能夠預設恒阻屈服力值和伸長量，為工程設計提供了可靠的依據。