[發(fā)明專利]變剛度抗沖擊與自清理的棚洞防護(hù)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110558697.4
• 申請(qǐng)日: 2021-05-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113265963B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊國(guó)軍;孫旻;左建平;竇錦鐘;韓磊;冉岸綠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)建筑第八工程局有限公司
• 主分類號(hào): E01F7/04
• 分類號(hào): E01F7/04;F16F15/067
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 季辰玲

本發(fā)明公開(kāi)了一種變剛度抗沖擊與自清理的棚洞防護(hù)裝置，其包括：攔截網(wǎng)；壓簧支座，多個(gè)所述壓簧支座支撐在所述攔截網(wǎng)的下方；每個(gè)所述壓簧支座包括一系列彈簧嵌套組成的變剛度抗沖擊組件；初級(jí)彈簧彈性系數(shù)最小，高度最大，變形能力最強(qiáng)；次級(jí)彈簧至少一個(gè)，各所述次級(jí)彈簧的彈性系數(shù)逐級(jí)增大，高度尺寸逐級(jí)減小，橫截面尺寸逐級(jí)減小或逐級(jí)增大；拉簧端座，圍繞著所述攔截網(wǎng)四周布置且連接所述攔截網(wǎng)與棚洞頂板或山壁。本發(fā)明棚洞防護(hù)裝置在面對(duì)石塊質(zhì)量、落高的多樣性和在一次具體的沖擊整個(gè)過(guò)程中，體系的剛度能自行調(diào)整體達(dá)到最優(yōu)的抗沖擊效果，從而更好地應(yīng)對(duì)隨機(jī)出現(xiàn)的各種可能的工況，可以實(shí)現(xiàn)小石塊自清理、大石塊砸不壞的抗沖擊目標(biāo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑工程領(lǐng)域，尤其涉及一種變剛度抗沖擊與自清理的棚洞防護(hù)裝置。

背景技術(shù)

公路、鐵路交通穿越削壁、峽谷等危險(xiǎn)地段時(shí)，面臨著滾石和落石的嚴(yán)重威脅，棚洞作為防護(hù)結(jié)構(gòu)在工程中發(fā)揮著極其重要的作用。但是，目前普遍采用的有傳統(tǒng)的“防護(hù)墊層棚洞(棚洞板上鋪設(shè)砂礫石墊層)”和新型的“耗能減震棚洞(支座處設(shè)置圓柱殼耗能件)”，以及近幾年出現(xiàn)的各種柔性棚洞，這些方案雖然在一定程度上緩解了落石沖擊的危害，但并沒(méi)有徹底解除滾石和落石的威脅，存在著各自的缺陷。

對(duì)于防護(hù)墊層棚洞，砂礫石墊層雖然在一定程度可以起到吸能緩沖的作用，但仍然不能改變落石動(dòng)能在一個(gè)“較小范圍”劇烈釋放的本質(zhì)，這導(dǎo)致了抗沖擊效能取決于墊層厚度這個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。而通過(guò)增加過(guò)大永久荷載的方式來(lái)預(yù)防一個(gè)發(fā)生概率相對(duì)較小的偶然作用本就不經(jīng)濟(jì)不合理，墊層過(guò)厚(常大于1.5m～2.5m)，建設(shè)成本顯著增高，制約了其推廣應(yīng)用。

對(duì)于耗能減震棚洞，試圖通過(guò)在棚洞支座處增設(shè)耗能減震器代替砂石墊層吸收滾石落石的動(dòng)能，從而達(dá)到減輕沖擊的效果。但是，落點(diǎn)并不是減震器設(shè)置點(diǎn)，該方法并沒(méi)有改變落點(diǎn)處“硬碰硬”的本質(zhì)，落石動(dòng)能在“落點(diǎn)”處劇烈釋放必然形成沖擊破壞，直觀表現(xiàn)為支撐處的減震器來(lái)不及變形耗能，碰撞點(diǎn)處混凝土就已經(jīng)被砸壞，因此，應(yīng)用中沖擊破壞仍然十分普遍。

對(duì)于近些年來(lái)興起的各種柔性棚洞，增加攔截網(wǎng)和彈簧件，但單一的攔截網(wǎng)難以有效應(yīng)對(duì)落石與滾石尺寸體量的隨機(jī)性與多樣性；僅包含一個(gè)彈簧的抗沖擊單元組成的抗沖擊體系難以有效應(yīng)對(duì)不同質(zhì)量m、不同落高H落石的沖擊。因?yàn)閺椥泽w系抗沖擊的反沖加速度(g為重量加速度)變化范圍與抗沖擊最小高度要求與均由落石高度H、落石質(zhì)量m與抗沖擊系統(tǒng)的剛度K共同決定，而石塊的落高H與質(zhì)量m均是隨機(jī)變量，可出現(xiàn)的范圍太寬，面對(duì)各種可能的情況，要使減速效果與抗沖擊高度都能控制在可接受的范圍，選用一個(gè)固定不變的抗沖擊剛度K顯然是不可能的。當(dāng)體系剛度K相對(duì)于落石質(zhì)量m過(guò)小，反沖加速度過(guò)小導(dǎo)致減速效果不明顯，完成抗沖擊需要的變形長(zhǎng)度太長(zhǎng)而無(wú)法被滿足，彈簧實(shí)的變形長(zhǎng)度被壓縮殆盡或是彈簧損壞時(shí)，落石速度依然很大，此時(shí)彈簧兩端的部件發(fā)生的依然是“硬碰撞”；當(dāng)體系剛度K相對(duì)于落石質(zhì)量m過(guò)大，完成抗沖擊所需的變形長(zhǎng)度趨于零，也就是幾乎不被壓縮，彈簧傳力等同于剛體傳力，落石滾石與彈簧之間、彈簧與棚洞之間發(fā)生的還是“硬碰撞”。

鑒于現(xiàn)有的棚洞設(shè)計(jì)方法并未能很好地解決棚洞抗沖擊的問(wèn)題，提出變剛度抗沖擊的棚洞設(shè)計(jì)方案顯然具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，變剛度抗沖擊棚洞體系的剛度隨著落石質(zhì)量和高度在沖擊過(guò)程中自行調(diào)整，從而獲得一個(gè)反沖減速與能量轉(zhuǎn)化均合理的效果，達(dá)到在一個(gè)相對(duì)變化不大的抗沖擊高度h內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效的減速，并完成能量平穩(wěn)轉(zhuǎn)化。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有棚洞設(shè)計(jì)方法并未能很好地解決棚洞抗沖擊破壞的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種變剛度抗沖擊與自清理的棚洞防護(hù)裝置。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種變剛度抗沖擊與自清理的棚洞防護(hù)裝置，其包括：

攔截網(wǎng)；

壓簧支座，多個(gè)所述壓簧支座支撐在所述攔截網(wǎng)的下方；