CN111287100A - 一种适用于各种边坡条件的多层级钢箱棚洞防护体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系，包括至少一组落石剥离组件，所述落石剥离组件设于钢棚洞顶部和/或侧部；所述落石剥离组件包括活塞弹簧杆、支撑杆和弹性防护网；所述支撑杆的一端与所在的钢棚洞框架结构转动连接，支撑杆的另一端与活塞弹簧杆一端转动连接，活塞弹簧杆的另一端与所在的钢棚洞框架结构固定连接；在两件支撑杆之间固定弹性防护网；弹性防护网的网面朝向落石下落方向，用于与落石直接接触。本发明提供的弹性防护网与活塞弹簧杆起到缓冲和落石剥离作用，利于实现防护体系的重复、多次使用。

Description

一种适用于各种边坡条件的多层级钢箱棚洞防护体系

技术领域

本发明涉及道路交通安全防护设施领域，具体涉及一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系。

背景技术

近年来，多次山区强烈地震、高位崩塌等地质灾害发生以后，特别对于复杂地形条件的山区公路的抢通、保通已成为“生命线”工程。实践证明建设钢棚洞具有工厂预制、快速拼装的优点；但是其适应地形条件能力差，结构本身防落石能力差，抗侧压能力差的缺点也限制其大规模推广应用。但传统钢筋混凝土棚洞工期长、起不到抢通保通的作用。如何提高钢棚洞防护能力成为亟需解决的问题。

传统钢棚洞一般为横梁+立柱式，上部防护层为桁架与钢板组合形式进行防落石，该种方式防护能力有限，对于零星细小落石有用，对于高位崩塌作用较小，起不到防护作用，时常被落石击穿。因此会在钢棚洞顶部平铺设缓冲机构，如沙土缓冲层、泡沫缓冲层等。落石掉落在钢棚洞顶面后，需要人工即时清理，人工清理过程中还存在被落石击中的风险，因此增加了人工成本及施工风险，故钢棚洞顶部落石往往无法即时清理，钢棚洞顶部会堆积体积较大的落石以及体积较小的落石，累积堆积的落石达到一定程度后，落石的总体重力会平衡缓冲机构的弹性缓冲作用力，后续坠落在钢棚洞顶部的落石，会由于缓冲机构失去缓冲作用，直接将冲击作用力以及落石重力传递至钢棚洞框架结构，影响钢棚洞整体结构稳定性。此外，对于在钢棚洞侧壁上铺设缓冲机构，落石在钢棚洞侧壁堆积，同样存在上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：传统的钢棚洞，本发明提供了解决上述问题的一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系，包括至少一组落石剥离组件，所述落石剥离组件设于钢棚洞顶部和/或侧部；所述落石剥离组件包括活塞弹簧杆、支撑杆和弹性防护网；所述支撑杆的一端与所在的钢棚洞框架结构转动连接，支撑杆的另一端与活塞弹簧杆一端转动连接，活塞弹簧杆的另一端与所在的钢棚洞框架结构固定连接；在两件支撑杆之间固定弹性防护网；弹性防护网的网面朝向落石下落方向，用于与落石直接接触。

在钢棚洞顶部平铺设缓冲机构，如沙土缓冲层、泡沫缓冲层等。落石掉落在钢棚洞顶面后，需要人工即时清理，人工清理过程中还存在被落石击中的风险，因此增加了人工成本及施工风险，故钢棚洞顶部落石往往无法即时清理，钢棚洞顶部会堆积体积较大的落石以及体积较小的落石，累积堆积的落石达到一定程度后，落石的总体重力会平衡缓冲机构的弹性缓冲作用力，后续坠落在钢棚洞顶部的落石，会由于缓冲机构失去缓冲作用，直接将冲击作用力以及落石重力传递至钢棚洞框架结构，影响钢棚洞整体结构稳定性。此外，对于在钢棚洞侧壁上铺设缓冲机构，落石在钢棚洞侧壁堆积，同样存在上述问题，降低了钢棚洞抗侧压能力。

因此，本发明提供一种利于剥离落石的钢棚洞防护体系，该防护体系的主要结构是一种由主体结构支撑杆、活塞弹簧杆和弹性防护网组成的落石剥离组件，该落石剥离组件作为一种独立使用的预制工件，用于安装在钢棚洞顶部或侧部(尤其是靠近边坡的侧部)，且依据防护面积以及防护等级等需求，在同一钢棚洞的顶部或侧部上可同时安装多个落石剥离组件。本发明提供的落石剥离组件，两件支撑杆用于固定中间的弹性防护网，形成落石承接面，活塞弹簧杆用于支撑起落石承接面的一端，使落石承接面、活塞弹簧杆所在面与安装落石剥离组件的钢棚洞所在面依次首尾连接，形成侧视呈三角形的支架结构，安装落石剥离组件的钢棚洞部位为底边、支撑杆和活塞弹簧杆为两侧边。由于弹性防护网的网面朝向落石下落方向，用于与落石直接接触，当边坡处的落石接触弹性防护网后，弹性防护网进行变形，对落石起到缓冲作用；当冲击力过大超过活塞弹簧杆的变形刚度时，活塞弹簧杆受弹性防护网带动作用被压缩，由此又产生变形，整个耗能过程相当于将落石的一个脉冲冲击力转换为一个平均冲击力，通过弹性防护网与活塞弹簧杆的变形延长了落石作用时间，降低了落石的冲击作用；最终落石被拦截下来后，落石的冲击力逐步降低为其重力，当该落石的重力小于活塞弹簧杆的弹力时，活塞弹簧杆恢复原设计长度、以及弹性防护网变形恢复，从而将落石剥离钢棚洞范围。

进一步地，所述落石剥离组件设于钢棚洞顶部时，支撑杆与活塞弹簧杆之间的夹角α，满足0＜α≤90°；所述落石剥离组件设于钢棚洞侧部时，支撑杆与活塞弹簧杆之间的夹角α，满足0＜α≤90°。

对于落石剥离组件设于钢棚洞顶部的情况下，支撑杆与活塞弹簧杆之间的夹角α越大，则支撑杆和弹性防护网构成的落石承接面倾斜度越大，剥离效果越好，但活塞弹簧杆越易直接暴露在落石下，易受落石的直接冲击，整个落石玻璃组件的稳定性；支撑杆与活塞弹簧杆之间的夹角α越小，则支撑杆和弹性防护网构成的落石承接面与落石接触面越大，可提供良好的缓冲作用，也可将活塞弹簧杆与落石隔离开来、对活塞弹簧杆起到保护作用，但是对落石的玻璃作用相对减小。

进一步地，置于钢棚洞顶部时的弹性防护网的空隙尺寸小于置于钢棚洞顶部时的弹性防护网的空隙尺寸。

选择孔隙尺寸相对较小的弹性防护网用于钢棚洞顶部的防护体系，使95％落石都会被拦截并剥离钢棚洞范围；而钢棚洞侧面安装的弹性防护网空隙尺寸相对较大，允许一部分落石通过；这样当落石较小时，可以透过侧部的弹性防护网，后续可通过打开钢棚洞侧门进行清理，以免所有粒径落石都进行剥离后，在大量落石在边坡内侧淤积。

进一步地，所述弹性防护网的顶边处还对应设有若干活塞弹簧杆，活塞弹簧杆的一端与所在的钢棚洞框架结构固定连接、另一端与弹性防护网的顶边部位连接。

若只在支撑杆对应侧设置活塞弹簧杆，则两个支撑杆之间的弹性防护网几何中心处离活塞弹簧杆距离相对较远，主要通过弹性防护网带动支撑杆、支撑杆再带动活塞弹簧杆变形，对弹性防护网允许变形空间要求较大，且落石的冲击力达到较大值才会启动活塞弹簧杆变形缓冲作用。因此，在活塞弹簧杆本发明通过在两个支撑杆之间的、弹性防护网顶边处也与活塞弹簧杆连接，弹性防护网收到冲击作用力时，直接拉动活塞弹簧杆压缩变形，起到缓冲及落实剥离作用。

进一步地，两件支撑杆的顶端之间、以及两件支撑杆的底端之间均牵设有支撑绳，均弹性防护网的顶边和底边通过牵引绳与支撑绳连接。

通过设置支撑绳，对弹性防护网上离两侧支撑杆较远部位起到进行牵引、支撑作用。

进一步地，所述钢棚洞顶部表面上，由下至上依次设有橡胶支座、钢性组合板和橡胶层；在钢性组合板与钢棚洞顶部上表面之间分布设置多个橡胶支座。

本发明提供了三层缓冲防御系统，第一层是弹性防护网和活塞弹簧杆，第二层是橡胶层，第三层是橡胶支座。通过在钢棚洞顶部依次设置橡胶支座、钢性组合板和橡胶层，用作落石剥离机构的辅助耗能机构，在落石冲击作用下，当弹性防护网达到允许变形空间后，落石接触到上层的橡胶层，通过橡胶层起到缓冲作用；当落石冲击能量过大时，橡胶层达到允许变形空间后，启动最后一次防御机构，即作用力经橡胶层、钢性组合板向下传递至橡胶支座，橡胶支座变形发挥缓冲作用。

进一步地，所述橡胶支座的厚度为50cm～60cm，所述钢性组合板的厚度为35cm～50cm，所述橡胶层的厚度为10cm～20cm。

橡胶层和橡胶支座中，橡胶支座起到主要的缓冲作用；在钢性组合板和钢棚洞顶部之间分布设置多个橡胶支座，钢性组合板增大了落石与橡胶支座的接触面积，对落石冲击力作用力起到分解平均化的作用，橡胶层对落石的缓冲作用还用于对钢性组合板起到保护作用。

进一步地，钢棚洞上在设有落石剥离组件的侧部外表面上还设有橡胶层。

通过在钢棚洞外侧壁上设置橡胶层，对钢棚洞侧壁起到保护作用；同时对钢棚洞侧部的落石剥离组件起到辅助的缓冲作用。

一种钢棚洞，包含上述的一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系。

进一步地，所述钢棚洞为箱型结构，由预制横梁和纵梁拼接安装；所述钢棚洞的底部通过锚杆锚定在地面上。

可通过现有的工字钢为立柱、箱型梁为横梁、纵梁进行拼装，在底部纵梁和顶部纵梁预留旋转铰支座，便于支撑杆一端与钢棚洞转动连接；钢棚洞底部锚固锚杆并打入地基以防止落石侧向冲击导致棚洞倾覆，提高钢棚洞抗侧压能力。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供的弹性防护网与活塞弹簧杆起到缓冲和落石剥离作用，利于实现防护体系的重复、多次使用：当边坡处的落石接触弹性防护网后，弹性防护网进行变形，对落石起到缓冲作用；当冲击力过大超过活塞弹簧杆的变形刚度时，活塞弹簧杆受弹性防护网带动作用被压缩，由此又产生变形，整个耗能过程相当于将落石的一个脉冲冲击力转换为一个平均冲击力，通过弹性防护网与活塞弹簧杆的变形延长了落石作用时间，降低了落石的冲击作用；最终落石被拦截下来后，落石的冲击力逐步降低为其重力，当该落石的重力小于活塞弹簧杆的弹力时，活塞弹簧杆恢复原设计长度、以及弹性防护网变形恢复，从而将落石剥离钢棚洞范围；

2、本发明提供了三层缓冲防御系统，第一层是弹性防护网和活塞弹簧杆，第二层是橡胶层，第三层是橡胶支座。通过在钢棚洞顶部依次设置橡胶支座、钢性组合板和橡胶层，用作落石剥离机构的辅助耗能机构，在落石冲击作用下，当弹性防护网达到允许变形空间后，落石接触到上层的橡胶层，通过橡胶层起到缓冲作用；当落石冲击能量过大时，橡胶层达到允许变形空间后，启动最后一次防御机构，即作用力经橡胶层、钢性组合板向下传递至橡胶支座，橡胶支座变形发挥缓冲作用。

综上所述，本发明是一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系，可以适应山区任意地形在任意道路上快速拼装施工，可以通过弹性防护网及活塞弹簧大大提高钢棚洞防护能级，并且可以能够将落石剥离棚洞范围，不影响后续防护。本发明提供的钢棚洞种可以达到抢通、保通功能并具有较高防护能级，且可以实现自恢复，多次使用，为抢险救灾应急响应的核心关键技术。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明在边坡较陡时的防护体系防护过程示意图；

图2为本发明在边坡较缓时防护体系防护过程示意图；

图3为本发明的弹性防护网俯视图；

图4为活塞弹簧杆结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-活塞弹簧杆，11-挡板，12-下部圆钢管，13-螺旋弹簧，14-上部圆钢管，2-支撑杆，3-弹性防护网，4-支撑绳，5-橡胶支座，6-钢性组合板，7- 橡胶层，8-锚杆，9-旋转支座，A-钢棚洞，B-边坡。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系，包括多组落石剥离组件，沿钢棚洞纵向依次排布。在边坡较陡处，将落石剥离组件设于钢棚洞顶部，如图1所示；在边坡较缓处，在钢棚洞的顶部和靠近边坡的侧壁均设置落实剥离组件，如图2所示。

落石剥离组件包括两根活塞弹簧杆1、两根支撑杆2和一张弹性防护网3；支撑杆2的一端与所在的钢棚洞框架结构转动连接，支撑杆2的另一端与活塞弹簧杆1一端转动连接，转动连接机构采用现有的一些铰接、销轴转动连接等机构；活塞弹簧杆1的另一端与所在的钢棚洞框架结构固定连接；在两件支撑杆2之间固定弹性防护网3；弹性防护网3的网面朝向落石下落方向，用于与落石直接接触。

实施例2

在实施例1的基础上进一步优化，弹性防护网3为具有弹性伸缩作用的网结构，允许变形空间为1m～1.5m。落石剥离组件设于钢棚洞顶部时，支撑杆2与活塞弹簧杆1之间的夹角α≤90°，夹角α的具体取值可依据边坡坡度与弹性防护网网面倾斜角度设置，如α＝45°。落石剥离组件设于钢棚洞侧部时，支撑杆2与活塞弹簧杆1之间的夹角α≤150°，夹角α的具体取值可依据边坡坡度与弹性防护网网面倾斜角度设置，如α＝60°。置于钢棚洞顶部时的弹性防护网3的空隙尺寸为5cm×5cm，使95％落石都会被拦截并剥离棚洞范围。置于钢棚洞侧壁时的弹性防护网3的空隙尺寸为20cm×20cm，允许体积较小的落石透过防护网，后续打开钢棚洞侧门进行清理。

实施例3

在实施例2的基础上进一步优化，所述弹性防护网3的顶边处还对应设有多个活塞弹簧杆1，活塞弹簧杆1的一端与所在的钢棚洞框架结构固定连接、另一端与弹性防护网3的顶边部位连接。两件支撑杆2的顶端之间、以及两件支撑杆2的底端之间均牵设有支撑绳4，均弹性防护网3的顶边和底边通过牵引绳与支撑绳4连接。

实施例4

在实施例3的基础上进一步优化，所述钢棚洞顶部表面上，由下至上依次设有橡胶支座 5、钢性组合板6和橡胶层7，在钢性组合板6与钢棚洞顶部上表面之间分布设置多个橡胶支座5，具体每隔50cm～80cm安装橡胶支座，。橡胶支座5的厚度为50cm～60cm，钢性组合板6的厚度为35cm～50cm，钢性组合板6纵向上1m宽度，橡胶层7的厚度为10cm～20cm。钢性组合板6采用不锈钢板与混凝土组合板。钢棚洞上在设有落石剥离组件的侧部外表面上还设有橡胶层7。

实施例5

本实施例提供一种钢棚洞，包含实施例4提供的钢箱棚洞防护体系。所述钢棚洞为箱型结构，由预制横梁和纵梁拼接安装；所述钢棚洞的底部通过锚杆8锚定在地面上。

钢棚洞采用钢框架棚洞，通过工字钢为立柱、箱型梁为横梁、纵梁进行拼装，在底部纵梁和顶部纵梁预留旋转铰支座9，用于支撑杆2与钢棚洞转动连接，底部锚固锚杆8并打入地基以防止落石侧向冲击导致钢棚洞倾覆。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系，其特征在于，包括至少一组落石剥离组件，所述落石剥离组件设于钢棚洞顶部和/或侧部；

所述落石剥离组件包括活塞弹簧杆(1)、支撑杆(2)和弹性防护网(3)；所述支撑杆(2)的一端与所在的钢棚洞框架结构转动连接，支撑杆(2)的另一端与活塞弹簧杆(1)一端转动连接，活塞弹簧杆(1)的另一端与所在的钢棚洞框架结构固定连接；在两件支撑杆(2)之间固定弹性防护网(3)；弹性防护网(3)的网面朝向落石下落方向，用于与落石直接接触。

2.根据权利要求1所述的一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系，其特征在于，所述落石剥离组件设于钢棚洞顶部时，支撑杆(2)与活塞弹簧杆(1)之间的夹角α，满足0＜α≤90°；所述落石剥离组件设于钢棚洞侧部时，支撑杆(2)与活塞弹簧杆(1)之间的夹角α，满足0＜α≤150°。

3.根据权利要求1所述的一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系，其特征在于，置于钢棚洞顶部时的弹性防护网(3)的空隙尺寸小于置于钢棚洞顶部时的弹性防护网(3)的空隙尺寸。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系，其特征在于，所述弹性防护网(3)的顶边处还对应设有若干活塞弹簧杆(1)，活塞弹簧杆(1)的一端与所在的钢棚洞框架结构固定连接、另一端与弹性防护网(3)的顶边部位连接。

5.根据权利要求1所述的一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系，其特征在于，两件支撑杆(2)的顶端之间、以及两件支撑杆(2)的底端之间均牵设有支撑绳(4)，均弹性防护网(3)的顶边和底边通过牵引绳与支撑绳(4)连接。

6.根据权利要求1所述的一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系，其特征在于，所述钢棚洞顶部表面上，由下至上依次设有橡胶支座(5)、钢性组合板(6)和橡胶层(7)；在钢性组合板(6)与钢棚洞顶部上表面之间分布设置多个橡胶支座(5)。

7.根据权利要求6所述的一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系，其特征在于，所述橡胶支座(5)的厚度为50cm～60cm，所述钢性组合板(6)的厚度为35cm～50cm，所述橡胶层(7)的厚度为10cm～20cm。

8.根据权利要求1或6所述的一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系，其特征在于，钢棚洞上在设有落石剥离组件的侧部外表面上还设有橡胶层(7)。

9.一种钢棚洞，其特征在于，包含权利要求1至8任一项所述的一种适用于各种边坡条件的钢棚洞防护体系。

10.根据权利要求9所述的一种钢棚洞，其特征在于，所述钢棚洞为箱型结构，由预制横梁和纵梁拼接安装；所述钢棚洞的底部通过锚杆(8)锚定在地面上。

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