CN111236099A - 防落石棚洞顶部的可拼装刚柔组合缓冲结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防落石棚洞顶部的可拼装刚柔组合缓冲结构，所述组合缓冲结构包括下层的柔塑性耗能层和上层的刚性保护层，刚性保护层包括钢板层和其上的钢格栅层；组合缓冲结构覆盖于防落石棚洞顶部，整体呈拱形，并设置预拱度，与防护棚洞顶之间形成间隙。本发明可有效降低落石的脉冲力荷载，具有结构轻型化，使用年限长，便于养护，造价低廉等诸多优点。

Description

防落石棚洞顶部的可拼装刚柔组合缓冲结构

技术领域

本发明属于铁路危岩落石防护技术领域，具体涉及一种防落石棚洞顶部的可拼装刚柔组合缓冲结构。

背景技术

在危岩落石多发地带，铁路一般设有危岩落石防护结构。落石的冲击力极大，当落石与防护结构发生碰撞时候，落石传递到防护结构的是一种瞬间加载瞬间消失的脉冲力，这种脉冲作用力远大于落石自身的重量。一般刚性结构难以做大到足够强度来抵抗这种脉冲力。

常规做法是在防护结构顶部铺设一层缓冲层，规范要求铺设约2m厚的填土作为缓冲层消除落石的脉冲力。2m厚的填土自身重量大，这就使得下部防护结构必须做的足够强大足以抵抗填土的重量。

当在桥梁上需要设置防落石棚洞时，防落石棚洞以及上部的缓冲层宜轻型化设计，而采用以往的常用缓冲结构势必导致桥梁构造尺寸的大幅度增加。若能将2m的填土重量降低，采用轻型缓冲层结构，下部结构势必可以轻型化，节约工程量，降低工程造价。

发明内容

本发明的目的是提供一种防落石棚洞顶部的可拼装刚柔组合缓冲结构，铺设在防落石棚洞结构顶部，降低落石对防护结构的脉冲力破坏，并令下部结构轻型化。

本发明所采用的技术方案为：

防落石棚洞顶部的可拼装刚柔组合缓冲结构，其特征在于：

所述组合缓冲结构包括下层的柔塑性耗能层和上层的刚性保护层，刚性保护层包括钢板层和其上的钢格栅层；

组合缓冲结构覆盖于防落石棚洞顶部，整体呈拱形，并设置预拱度，与防护棚洞顶之间形成间隙。

钢格栅层通过焊接方式固定到钢板层顶面。

柔塑性耗能层通过粘贴方式固定到钢板层底面。

组合缓冲结构分块预制，通过拼装方式连接成整体。

组合缓冲结构的每个分块为一个缓冲模块，每个缓冲模块的钢板层边缘均向上翘起并设置开孔，作为预留螺栓锚固件，相邻缓冲模块拼接时利用连接螺栓连接彼此的预留螺栓锚固件，从而实现整体拼接。

组合缓冲结构横向两端的缓冲模块外侧设置有侧面保护层。

本发明具有以下优点：

（1）结构轻型化

传统的防落石方法，结构层顶部用2m厚的填土做为缓冲层，重

量太大，此结构仅有钢板及钢格栅重量，下面柔性耗能层可采用eps等轻型结构，重量远远小于2m厚的填土重量。当在桥上设置防护棚洞时候，缓冲层重量的大幅减低，减小了下面防护结构的工程规模。

（2）可标准化生产

刚性外保护层附着在柔性耗能层的外侧，柔性耗能层厚度可以调节。可以根据需要防护的落石等级规模，配套相应的缓冲层厚度，也可以工厂统一标准化生产刚性外保护层及柔性耗能层组合结构，当防护能力不够时，直接将两层或者更多层组合耗能结构叠加起来即可。

（3）造价低

本组合缓冲结构，主要采用钢板及EPS等材料，结构造价低，价格不到同等效能泡沫铝结构、孔隙橡胶结构等缓冲结构的十分之一，经济实用。

（4）结构简单，可模块化生产，易于安装

本组合缓冲防护结构，原理简单，适用性强，易于生产，并且可以分成小的模块，如生产成2mx2m的小模块，在防护棚洞顶部用螺栓将刚性外层连接。安装搬运简单易行。

（5）养护简单，易于更换

本组合缓冲结构，当受到落石撞击，部分区域损坏时候，可根据需要，将损坏的小模块进行拆换。拆换模块较小，运输，搬运都较方便，养护难度大幅降低。

（6）预拱度设置

整个组合缓冲层设置一定的向上预拱度，当有落石碰撞时，组合缓冲层向上翘起变形减小，整个组合缓冲层结构依然能高效发挥缓冲作用。

附图说明

图1为本发明整体断面图。

图2为相对独立的组合缓冲层模块断面图。

图3为小缓冲模块图连接成整体后的组合缓冲层断面图。

图中，1-侧面保护层，2-钢格栅层，3-钢板层，4-刚性表层，5-柔塑性耗能层，6-防护棚洞顶，7-预留螺栓锚固件，8-连接螺栓，9-缓冲模块。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种防落石棚洞顶部的可拼装刚柔组合缓冲结构，所述组合缓冲结构包括下层的柔塑性耗能层5和上层的刚性保护层。刚性保护层4包括钢板层3和其上的钢格栅层2，钢格栅层2通过焊接方式固定到钢板层3顶面。柔塑性耗能层5（如EPS等材料）通过粘贴方式固定到钢板层3底面。在重量不严格要求时候，刚性保护层4也可采用厚度适当的钢筋混凝土板。

组合缓冲结构覆盖于防落石棚洞顶部，整体呈拱形，并设置预拱度，与防护棚洞顶6之间形成间隙。

组合缓冲结构分块预制，通过拼装方式连接成整体。组合缓冲结构的每个分块为一个缓冲模块9，每个缓冲模块9的钢板层3边缘均向上翘起并设置开孔，作为预留螺栓锚固件7，相邻缓冲模块9拼接时利用连接螺栓8连接彼此的预留螺栓锚固件7，从而实现整体拼接。组合缓冲结构横向两端的缓冲模块9外侧设置有侧面保护层1，侧面保护层1（钢板或者耐久性纺布等）。

本发明的施工过程为：

首先根据现场防护等级需要，在工厂生产小的组合缓冲结构模块，模块含有柔性耗能层及上部的刚性保护层，刚性保护层由钢板及钢板上焊接的钢格栅组成，将柔性耗能层可以粘贴在钢板上。钢板边界位置预留向上弯起垂直钢板的螺栓锚固件。

将小的组合缓冲结构模块运至现场棚洞顶后，用螺栓将各个小的防护模块栓接。注意连接牢靠，整个组合缓冲结构完成。

当一层组合缓冲结构不能满足要求时，可以在上面再以同样方法继续施工拼装第二层及多层组合缓冲结构。用多层缓冲层叠加的效果来增强整体消能效果。

直接采用柔性耗能层作为缓冲层时，由于柔性耗能层抵抗力小，当受外力时，变形尺寸大。当落石碰撞时候，一般是点荷载，向下传递，受柔性耗能层特性限制，只能是局部受力后变形并将上部冲击力传递到下部防护棚洞上，很难大面积将柔性耗能层的功能完全发挥出来。

在柔性耗能层的外侧加一层刚性防护层，外部刚性保护层采用钢板加钢格栅结构，钢格栅主要是用来控制钢板的形变。

当有外部落石撞击时候，受外部钢板钢格栅刚性保护层的作用，将落石的集中点荷载迅速传递到刚性保护层整体上，再以整体面荷载的形式传递到柔性耗能层上，经过柔性耗能层消能后传递到下面受保护的防护棚洞顶上。这样有利于将柔性耗能层整体调动起来受力，对冲击力的缓冲效果远大于仅采用柔性耗能层的缓冲效果。

刚性保护层当有落石碰撞时，必然会产生一定的形变，因此整个组合缓冲层向上设置一定的预拱度h，用于中和组合缓冲层刚性结构的形变影响。

由于防护棚洞顶面积较大，本组合缓冲层可分成小的模块化生产，比如2mx2m的模块，再在防护棚洞顶部用螺栓等将外侧钢板结构连接起来，拼装成整体。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.防落石棚洞顶部的可拼装刚柔组合缓冲结构，其特征在于：

所述组合缓冲结构包括下层的柔塑性耗能层（5）和上层的刚性保护层，刚性保护层包括钢板层（3）和其上的钢格栅层（2）；

组合缓冲结构覆盖于防落石棚洞顶部，整体呈拱形，并设置预拱度，与防护棚洞顶（6）之间形成间隙。

2.根据权利要求1所述的防落石棚洞顶部的可拼装刚柔组合缓冲结构，其特征在于：

钢格栅层（2）通过焊接方式固定到钢板层（3）顶面。

3.根据权利要求2所述的防落石棚洞顶部的可拼装刚柔组合缓冲结构，其特征在于：

柔塑性耗能层（5）通过粘贴方式固定到钢板层（3）底面。

4.根据权利要求3所述的防落石棚洞顶部的可拼装刚柔组合缓冲结构，其特征在于：

组合缓冲结构分块预制，通过拼装方式连接成整体。

5.根据权利要求4所述的防落石棚洞顶部的可拼装刚柔组合缓冲结构，其特征在于：

组合缓冲结构的每个分块为一个缓冲模块（9），每个缓冲模块（9）的钢板层（3）边缘均向上翘起并设置开孔，作为预留螺栓锚固件（7），相邻缓冲模块（9）拼接时利用连接螺栓（8）连接彼此的预留螺栓锚固件（7），从而实现整体拼接。

6.根据权利要求5所述的防落石棚洞顶部的可拼装刚柔组合缓冲结构，其特征在于：

组合缓冲结构横向两端的缓冲模块（9）外侧设置有侧面保护层（1）。

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