CN111424573B - 可扩展模块化耗能防护网单元组及其构成的防护网系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可扩展模块化耗能防护网单元组，包括：支撑柱，所述支撑柱两端分别安装有位于左侧的第一水平纵向转动换向装置、位于右侧的第二水平纵向转动换向装置和位于底部的横向转动换向装置；横向环形支撑绳，纵向环形支撑绳以及连接件。本申请的单元组可独立工作，能量消耗约束在一个耗能单元内，每个模块单元独立耗能、单独工作，规避了传统技术贯通式纵向支撑绳工作时各个柱间单元的关联损伤，提高了系统的防护效果。

Description

可扩展模块化耗能防护网单元组及其构成的防护网系统

技术领域

本发明涉及边坡地质灾害防护领域，具体为一种可扩展模块化耗能防护网单元组及其构成的防护网系统，适用于交通、国土、矿山、水电、城镇建设和军事等领域的崩塌落石被动防护。

背景技术

中国是多山国家，崩塌落石地质灾害防护形势严峻，众多在建拟建的交通干线，包括拟建的川藏线战略工程全路面临地质灾害风险。其余包括国土、矿山、水电、城镇建设、军事等领域对高效能的防护需求非常迫切。

落石崩塌发生具有突发性和不可预见性，需要高效的防护系统性能和经济、快速的防护施工与运营维护，以确保防护安全。

传统被动柔性防护系统依山而建，通过线性布置的支撑绳系挂网片并穿越多个柱间拦截单元，锚固于坡面，锚固点众多，锚固施工工作量大、难度大；其次，传统被动柔性防护网系统连接复杂，构件关联性强，致使系统整体性强，拦截后容易形成系统性损伤，维护更新工作量大，施工难度大；第三，传统被动防护网系统，支撑绳及支撑绳上连接的耗能器为系统主要耗能贡献部件，但支撑绳滑移路径长，柱间防护单元对支撑绳的滑移干涉因素多，耗能效率低。整体而言，防护能力低，防护效果不够理想。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种模块化单元式分布耗能被动防护网系统及安装方法，具有变形路径短、耗能效率高、锚固点少、独立分布式耗能、可独立拆装等特点，可解决现有被动柔性防护系统支撑绳锚固点施工难度大工作量大、柱间防护单元无法独立工作及独立更换、防护系统无法任意扩展的问题。本发明采用模块化单元作为防护结构，兼具较高的经济性、易恢复性和可扩展性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可扩展模块化耗能防护网单元组，包括：

支撑柱，所述支撑柱两端分别安装有位于左侧的第一水平纵向转动换向装置、位于右侧的第二水平纵向转动换向装置和位于底部的横向转动换向装置；

横向环形支撑绳，所述横向环形支撑绳缠绕在所述支撑柱两端的横向转动换向装置上；

纵向环形支撑绳，所述纵向环形支撑绳缠绕在相邻的第一水平纵向转动换向装置和第二水平纵向转动换向装置上；

连接件，金属网片通过连接件系挂在横向环形支撑绳和纵向环形支撑绳上。

进一步地，横向环形支撑绳和纵向环形支撑绳由若干根钢丝绳并联组成，包括位于下侧的A边和上侧的B边，所述连接件系挂在A边，B边连接第一耗能器。

进一步地，所述金属网片为由钢丝绳或钢丝环编制而成。

进一步地，还包括：

稳定锚固钢丝绳，所述稳定锚固钢丝绳一端锚固于坡面上，另一端连接在所述支撑柱上。

进一步地，所述稳定锚固钢丝绳上连接有第二耗能器。

进一步地，所述水平纵向转动换向装置、所述第二水平纵向转动换向装置和所述横向转动换向装置为定滑轮。

进一步地，所述第一耗能器和所述第二耗能器为牵引式耗能器，并且所述第一耗能器和所述第二耗能器的耗能能力、数量及排列方式可调。

另一方面，为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：

一种模块单元化均布式耗能防护网系统，包括若干个如前述之一所述的可扩展模块化单元组，相邻的可扩展模块化单元组共用一根支撑柱。

进一步地，还包括：

分段式纵向联系绳，相邻的支撑柱之间通过所述分段式纵向联系绳连接。

又一方面，为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：

一种如前述之一所述的模块单元化均布式耗能防护网系统的安装方法，包括如下施工步骤：

a.根据系统总体布置，施工支撑柱基础，并安装支撑柱，支撑柱底部为铰接，支撑柱可平铺于坡面；

b.安装支撑柱两端的所述第一水平纵向转动换向装置、所述第二水平纵向转动换向装置和所述横向转动换向装置；

c.钢丝绳绕过所述第一水平纵向转动换向装置、所述第二水平纵向转动换向装置和所述横向转动换向装置，连接钢丝绳并形成模块化单元的横向环形支撑绳和纵向环形支撑绳；

d.安装模块化单元的金属网片，金属网片与横向环形支撑绳和纵向环形支撑绳通过连接件相连；

e.安装模块化单元的柱间分段式纵向联系绳；

f.安装支撑柱的稳定锚固钢丝绳，先不锚固；

g.安装临时施工用缆风绳于支撑柱的柱端，通过卷扬设备牵引缆风绳将支撑柱从地面拉起，直至支撑柱的柱身与坡面达到设计规定的倾角姿态，并通过缆风绳临时固定系统；

h.张紧纵向联系绳，并张紧锚固支撑柱的抗拉钢丝绳和侧向稳定锚固钢丝绳于地面；

i.撤掉临时固定用缆风绳，安装结束。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)柱间采用纵横两个方向布置的环形支撑绳系挂金属网片，取代传统被动网系统中整体拉通的纵向上、下支撑绳，降低了纵向支撑绳的滑移路径和拉力损失，提高了纵向支撑绳的耗能能力；

(2)每个模块单元内独立工作的环形支撑绳，能量消耗约束在一个耗能单元内，每个模块单元独立耗能、单独工作，规避了传统技术贯通式纵向支撑绳工作时各个柱间单元的关联损伤，提高了系统的防护效果；

(3)同时，通过增设横向环形支撑绳，进一步提升了柱间单元耗能能力；

(4)系统各单元独立工作，便于更换和维修，规避了传统防护网系统防护工作时由于系统整体具有强关联性而导致大面积损伤的问题；

(5)各模块单元耗能能力可任意组合，实现柔性防护系统不分段连续作业施工，解决了传统防护网系统必须分段设置的难题，可根据防护需求，任意扩展拦截防护长度；

(6)通过设置环形支撑绳，大量减少了贯通支撑绳的锚点设置，每个模块化单元内支撑绳与支撑柱形成自平衡约束，节约材料成本，减低施工难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体系统布置示意图。

图2为本发明的模块化单元布置示意图。

图3为本发明的模块化单元侧视图。

图4为本发明的环形支撑绳示意图。

图5为本发明的模块化单元安装示意图。

上述附图中，附图标记对应的结构部件名称如下：

1-横向环形支撑绳；2-纵向环形支撑绳；3-金属网片；4-连接件；5-第一耗能器；6-稳定锚固钢丝绳；7-支撑柱；8-横向转动换向装置；9-第一水平纵向转动换向装置；10-分段式纵向联系绳；11-第二水平纵向转动换向装置；12-第二耗能器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2-3所示，可扩展模块化耗能防护网单元组为独立耗能单元，包括：支撑柱7，所述支撑柱7两端分别安装有位于左侧的第一水平纵向转动换向装置9、位于右侧的第二水平纵向转动换向装置11和位于底部的横向转动换向装置8；横向环形支撑绳1，所述环形支撑绳1缠绕在所述支撑柱7两端的横向转动换向装置8上；纵向环形支撑绳2，所述纵向环形支撑绳2缠绕在相邻的第一水平纵向转动换向装置9和第二水平纵向转动换向装置11上；连接件4，金属网片3通过连接件4系挂在横向环形支撑绳1和纵向环形支撑绳2上。其中，金属网片3为由钢丝绳或钢丝环等编制而成的金属网片。

如图3-4，横向环形支撑绳1和纵向环形支撑绳2由若干根钢丝绳并联组成，包括位于下侧的A边和上侧的B边，所述连接件4系挂在A边，B边连接第一耗能器5。

在本申请的一个实施例中，还包括：稳定锚固钢丝绳6，所述稳定锚固钢丝绳6一端锚固于坡面上，另一端连接在所述支撑柱7上，稳定锚固钢丝绳6用于约束位于系统中间支撑柱上下摆动以及两侧边支撑柱的纵向摆动变形，保证系统稳定。优选地，所述稳定锚固钢丝绳6上连接有第二耗能器12。

上述第一耗能器5和第二耗能器12为牵引式耗能器，并且第一耗能器5和第二耗能器12的耗能能力、数量及排列方式可调，例如，可用屈服式耗能器或摩擦型耗能器或簧式缓冲器，耗能器两端连接在环形支撑绳上。

支撑柱7对模块化耗能单元起支撑作用，相邻扩展模块化单元组共用一根支撑柱7，并把冲击荷载传递至防护坡面。在本申请的一个实施例中，所述第一水平纵向转动换向装置9、所述第二水平纵向转动换向装置11和所述横向转动换向装置8为定滑轮，支撑柱7两端分别安装3个定滑轮2，每个端头包含1个横向连接定滑轮8和2个纵向连接滑轮组9、11；横向连接定滑轮8用于支撑横向环形支撑绳1；纵向连接滑轮组9、11用于连接模块化单元组内的纵向环形支撑绳2，以及外延扩展连接相邻模块化单元的纵向环形支撑绳2。

在本申请的实施例中，如图1，4，5所述，若干个如前所述的可扩展模块化单元组可相互连接构成一种模块单元化均布式耗能防护网系统，其中，相邻的可扩展模块化单元组共用一根支撑柱7。具体地，装配式集成安装方法为：每个独立耗能单元的纵向环形支撑绳2可通过连接于支撑柱两端的第一、二水平纵向转动换向装置9，11，可实现模块化耗能单元的任意扩展。

进一步地，模块单元化均布式耗能防护网系统还包括：分段式纵向联系绳10，相邻的支撑柱7之间通过所述分段式纵向联系绳10连接，保证系统稳定。

本申请的模块单元化均布式耗能防护网系统的安装方法，包括如下施工步骤：

a.根据系统总体布置，施工支撑柱7基础，并安装支撑柱7，支撑柱7底部为铰接，支撑柱7可平铺于坡面；

b.安装支撑柱7两端的所述第一水平纵向转动换向装置9、所述第二水平纵向转动换向装置11和所述横向转动换向装置8；

c.钢丝绳绕过所述水平纵向转动换向装置9、所述第二水平纵向转动换向装置11和所述横向转动换向装置8，连接钢丝绳并形成模块化单元的横向环形支撑绳1和纵向环形支撑绳2；

d.安装模块化单元的金属网片3，金属网片3与横向环形支撑绳1和纵向环形支撑绳2通过连接件4相连；

e.安装模块化单元的柱间分段式纵向联系绳10；

f.安装支撑柱7的稳定锚固钢丝绳6，先不锚固；

g.安装临时施工用缆风绳于支撑柱7的柱端，通过卷扬设备牵引缆风绳将支撑柱7从地面拉起，直至支撑柱7的柱身与坡面达到设计规定的倾角姿态，并通过缆风绳临时固定系统；

h.张紧纵向联系绳10，并张紧锚固支撑柱7的抗拉钢丝绳和侧向稳定锚固钢丝绳于地面；

i.撤掉临时固定用缆风绳，安装结束

本申请的模块单元化均布式耗能防护网系统的金属网片受力时，拖拽A边，环形绳沿着定滑轮组滑动，拉伸B边的牵引式耗能器做功耗能，每组环形支撑绳形成了一个独立闭合的耗能环，与支撑柱形成自平衡支撑作用，无需地面锚固。

本申请的模块单元化均布式耗能防护网系统，通过柱间采用纵横两个方向布置的环形支撑绳系挂金属网片，取代传统被动网系统中整体拉通的纵向上、下支撑绳，降低了纵向支撑绳的滑移路径和拉力损失，提高了纵向支撑绳的耗能能力；每个模块单元内独立工作的环形支撑绳，能量消耗约束在一个耗能单元内，每个模块单元独立耗能、单独工作，规避了传统技术贯通式纵向支撑绳工作时各个柱间单元的关联损伤，提高了系统的防护效果，同时，通过增设横向环形支撑绳，进一步提升了柱间单元耗能能力；系统各单元独立工作，便于更换和维修，规避了传统防护网系统防护工作时由于系统整体具有强关联性而导致大面积损伤的问题；各模块单元耗能能力可任意组合，实现柔性防护系统不分段连续作业施工，解决了传统防护网系统必须分段设置的难题，可根据防护需求，任意扩展拦截防护长度；通过设置环形支撑绳，大量减少了贯通支撑绳的锚点设置，每个模块化单元内支撑绳与支撑柱形成自平衡约束，节约材料成本，减低施工难度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可扩展模块化耗能防护网单元组，其特征在于，包括：

支撑柱（7），所述支撑柱（7）两端分别安装有位于左侧的第一水平纵向转动换向装置（9）、位于右侧的第二水平纵向转动换向装置（11）和位于底部的横向转动换向装置（8）；

横向环形支撑绳（1），所述横向环形支撑绳（1）缠绕在所述支撑柱（7）两端的横向转动换向装置（8）上；

纵向环形支撑绳（2），所述纵向环形支撑绳（2）缠绕在相邻的第一水平纵向转动换向装置（9）和第二水平纵向转动换向装置（11）上；

连接件（4），金属网片（3）通过连接件（4）系挂在横向环形支撑绳（1）和纵向环形支撑绳（2）上；

所述可扩展模块化耗能防护网单元组为独立耗能单元。

2.根据权利要求1所述的一种可扩展模块化耗能防护网单元组，其特征在于，横向环形支撑绳（1）和纵向环形支撑绳（2）由若干根钢丝绳并联组成，包括位于下侧的A边和上侧的B边，所述连接件（4）系挂在A边，B边连接第一耗能器（5）。

3.根据权利要求1或2所述的一种可扩展模块化耗能防护网单元组，其特征在于，所述金属网片（3）为由钢丝绳或钢丝环编制而成。

4.根据权利要求2所述的一种可扩展模块化耗能防护网单元组，其特征在于，还包括：

稳定锚固钢丝绳（6），所述稳定锚固钢丝绳（6）一端锚固于坡面上，另一端连接在所述支撑柱（7）上。

5.根据权利要求4所述的一种可扩展模块化耗能防护网单元组，其特征在于，所述稳定锚固钢丝绳（6）上连接有第二耗能器（12）。

6.根据权利要求1或2所述的一种可扩展模块化耗能防护网单元组，其特征在于，所述水平纵向转动换向装置（9）、所述第二水平纵向转动换向装置（11）和所述横向转动换向装置（8）为定滑轮。

7.根据权利要求5所述的一种可扩展模块化耗能防护网单元组，其特征在于，所述第一耗能器（5）和所述第二耗能器（12）为牵引式耗能器，并且所述第一耗能器（5）和所述第二耗能器（12）的耗能能力、数量及排列方式可调。

8.一种模块单元化均布式耗能防护网系统，其特征在于，包括若干个如权利要求1-7之一所述的可扩展模块化耗能防护网单元组，相邻的可扩展模块化单元组共用一根支撑柱（7）。

9.根据权利要求8所述的一种模块单元化均布式耗能防护网系统，其特征在于，还包括：

分段式纵向联系绳（10），相邻的支撑柱（7）之间通过所述分段式纵向联系绳（10）连接。

10.一种如权利要求9所述的模块单元化均布式耗能防护网系统的安装方法，其特征在于，包括如下施工步骤：

a. 根据系统总体布置，施工支撑柱（7）基础，并安装支撑柱（7），支撑柱（7）底部为铰接，支撑柱（7）可平铺于坡面；

b. 安装支撑柱（7）两端的所述第一水平纵向转动换向装置（9）、所述第二水平纵向转动换向装置（11）和所述横向转动换向装置（8）；

c. 钢丝绳绕过所述第一水平纵向转动换向装置（9）、所述第二水平纵向转动换向装置（11）和所述横向转动换向装置（8），连接钢丝绳并形成模块化单元的横向环形支撑绳（1）和纵向环形支撑绳（2）；

d. 安装模块化单元的金属网片（3），金属网片（3）与横向环形支撑绳（1）和纵向环形支撑绳（2）通过连接件（4）相连；

e. 安装模块化单元的柱间分段式纵向联系绳（10）；

f.安装支撑柱（7）的稳定锚固钢丝绳（6），先不锚固；所述稳定锚固钢丝绳（6）一端锚固于坡面上，另一端连接在所述支撑柱（7）上；

g. 安装临时施工用缆风绳于支撑柱（7）的柱端，通过卷扬设备牵引缆风绳将支撑柱（7）从地面拉起，直至支撑柱（7）的柱身与坡面达到设计规定的倾角姿态，并通过缆风绳临时固定系统；

h. 张紧分段式纵向联系绳（10），并张紧锚固支撑柱（7）的抗拉钢丝绳和侧向稳定锚固钢丝绳于地面；

i.撤掉临时固定用缆风绳，安装结束。

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