CN112982202A - 有效抗落石冲击的棚洞结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有效抗落石冲击的棚洞结构，包括：棚洞顶板，所述棚洞顶板的上表面周侧固设有顶板边框；防护网，以一定间距地设于所述棚洞顶板上方，所述防护网由多根铰绳交叉设置构成；多个弹性耗能组件，每个所述弹性耗能组件分别包括固定连接于所述铰绳的绳端的弹簧以及设于所述弹簧内供与所述弹簧内壁摩擦耗能的摩擦套筒；极限抗拉力小于所述弹簧极限抗拉力的多个延性耗能件，所述延性耗能件可拆卸地连接于所述顶板边框和所述弹性耗能组件之间。本发明落石碰撞防护网导致所有弹性耗能组件拉伸而储存能量，避免了落石动能在一个部位集中释放导致的棚洞冲击破坏，以软接触传递能量、避免了硬碰撞导致的强大冲击力。

Description

有效抗落石冲击的棚洞结构
技术领域
本发明涉及棚洞施工技术领域，尤其涉及一种有效抗落石冲击的棚洞结构。
背景技术
公路、铁路交通穿越削壁、峡谷等危险地段时，面临着滚石和落石的严重威胁，棚洞作为防护结构在工程中发挥着极其重要的作用。目前普遍采用的有传统的“防护垫层棚洞(棚洞板上铺设砂砾石垫层)”和新型的“耗能减震棚洞(支座处设置圆柱壳延性耗能件)”，二者虽然在一定程度上减轻了落石的冲击荷载，但并没有彻底解除滚石和落石的冲击危害，均存在着各自致命的缺陷。
对于防护垫层棚洞，砂砾石垫层虽然在一定程度可以起到吸能缓冲的作用，但仍然不能改变落石动能在一个“较小范围”剧烈释放的本质，这导致了抗冲击效能取决于垫层厚度这个关键指标。而通过增加过大永久荷载的方式来预防一个发生概率相对较小的偶然作用本就不经济不合理，垫层过厚(常大于1.5m～2.5m)建设成本显著增高，制约了其推广应用。
对于耗能减震棚洞，试图通过在棚洞支座处增设耗能减震器(SDR)代替砂石垫层吸收滚石落石的动能，从而达到减轻冲击的效果。但是，落点并不是减震器设置点，该方法并没有改变落点处“硬碰硬”的本质，落石动能在“落点”处剧烈释放必然形成冲击破坏，直观表现为支撑处的减震器来不及变形耗能，碰撞点处混凝土就已经被砸坏，因此，应用中冲击破坏仍然十分普遍。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种有效抗落石冲击的棚洞结构，避免了落石动能在一个部位集中释放导致的棚洞冲击破坏。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种有效抗落石冲击的棚洞结构，包括：
棚洞顶板，所述棚洞顶板的上表面周侧固设有顶板边框；
防护网，以一定间距地设于所述棚洞顶板上方，所述防护网由多根铰绳交叉设置构成；
多个弹性耗能组件，每个所述弹性耗能组件分别包括固定连接于所述铰绳的绳端的弹簧以及设于所述弹簧内供与所述弹簧内壁摩擦耗能的摩擦套筒；
极限抗拉力小于所述弹簧极限抗拉力的多个延性耗能件，所述延性耗能件可拆卸地连接于所述顶板边框和所述弹性耗能组件之间。
可选地，所述延性耗能件为由金属制成具有一定延性的波纹片，所述波纹片的两端通过螺栓与所述顶板边框固定连接。
可选地，所述顶板边框内埋设有预埋件，所述顶板边框内设有水平贯穿所述预埋件的钢筋，所述波纹片与所述预埋件通过所述螺栓连接。
可选地，所述波纹片的中段设有贯穿所述波纹片的螺杆，所述螺杆上螺接有位于所述波纹片两侧的锁紧螺母，所述螺杆的端部设有与所述弹性耗能组件连接的连接组件。
可选地，每个所述延性耗能件包括以一定间距排列的多块所述波纹片，所述螺杆以及所述螺栓上分别穿设有夹设于每相邻两所述波纹片之间的多个垫块。
可选地，所述摩擦套筒和所述弹簧均为靠近所述铰绳一端向远离所述铰绳一端直径逐渐减小的变直径构造，且所述弹簧紧密贴设于所述摩擦套筒的外侧绕设，所述摩擦套筒的外表面设有粗糙纹路。
可选地，所述弹簧远离所述铰绳的一端固设有中心开设有穿孔的挡板，所述连接组件包括固设于所述螺杆端部的挂环以及勾设于所述挂环内的挂钩，所述挂钩的一端穿过所述穿孔与所述摩擦套筒固定连接。
可选地，每个所述螺杆的端部固设有以一定夹角设置的两个所述挂环，呈一定夹角的两根所述铰绳上的所述挂钩分别勾设于两个所述挂环内。
可选地，所述弹簧远离所述铰绳的一端固设有中心开设有穿孔的挡板，所述连接组件包括固设于所述螺杆端部的U型板以及通过转轴或螺栓螺母铰接于所述U型板内的连接杆，所述连接杆的一端穿过所述穿孔与所述摩擦套筒固定连接。
可选地，每个所述螺杆的端部固设有以一定夹角设置的两个所述U型板，呈一定夹角的两根所述铰绳上的所述连接杆分别与两个所述U型板。
本发明由于采用上述技术方案，使其具有以下有益效果：
1.落石碰撞防护网导致所有弹性耗能组件拉伸而储存能量，避免了落石动能在一个部位集中释放导致的棚洞冲击破坏，以软接触传递能量、避免了硬碰撞导致的强大冲击力；
2.弹性耗能组件中的弹簧来回收缩，弹簧来回摩擦摩擦套筒外壁消耗能量，多次、大量弹簧摩擦，避免能量集中释放导致的破坏；
3.当落石冲击力过大时，极限抗拉力较小的延性耗能件先受到损坏，并屈服耗能，从而保全顶板边框、棚洞顶板、弹性耗能组件以及防护网不损坏，且延性耗能件为可拆卸地连接于弹性耗能组件和棚顶
顶板之间，相较于其他部件波纹片更换比较简单便捷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出了本发明有效抗落石冲击的棚洞结构的整体结构示意图。
图2示出了图1中A处的结构放大示意图。
图3示出了本发明有效抗落石冲击的棚洞结构中波纹片的连接结构示意图。
图4示出了本发明有效抗落石冲击的棚洞结构中波纹片的结构示意图。
图5示出了本发明实施例一图1中A处的立体结构示意图。
图6示出了本发明有效抗落石冲击的棚洞结构中波纹片中弹性耗能组件的结构示意图。
图7示出了本发明实施例一中螺杆的结构示意图。
图8示出了本发明实施例一中摩擦套筒的结构示意图。
图9示出了本发明实施例二图1中A处的立体结构示意图。
图10示出了本发明实施例二中螺杆的结构示意图。
图11示出了本发明实施例二中摩擦套筒的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例一
如图1所示，本发明实施例的有效抗落石冲击的棚洞结构，包括棚洞顶板1、防护网2、多个弹性耗能组件3以及多个延性耗能件5，其中，棚洞顶板1为混凝土板。其中防护网2以一定间距地设于棚洞顶板1上方，防护网2由多根铰绳21交叉设置构成；弹性耗能组件3包括固定连接于铰绳21的绳端的弹簧31以及设于弹簧31内供与弹簧31内壁摩擦耗能的摩擦套筒32；延性耗能件5可拆卸地连接于棚洞顶板1和弹性耗能组件3之间，延性耗能件5的极限抗拉力小于弹性耗能组件3的极限抗拉力。
在本实施例中，如图2-4所示，延性耗能件5为呈锯齿状或波纹状的波纹片51，且波纹片51由延性较好的铁质材料或其他材质制成，波纹片51呈薄片状，更易产生变形，变形大耗能多。波纹片51的两端通过螺栓与棚洞顶板1固定连接。其中，棚洞顶板1的上表面周侧固设有顶板边框11以及埋设于顶板边框11内的预埋件54，边框内设有水平穿设于预埋件54内的钢筋12，波纹片51与预埋件54通过螺栓连接，通过与钢筋12连接的预埋件54使波纹片51与顶板边框11间的连接更加稳固，不易受到拉力脱落。
如图3所示，波纹片51的数量为多个，通过以一定间距间隔叠设的多块薄片状波纹片51调整延性耗能件5的极限抗拉力，以达到实际所需的极限抗拉力。每相邻的两个波纹片51之间夹设有垫块52，且预埋件54的一端设有翼缘板，波纹片51两端的螺栓53穿过翼缘板再穿过波纹片51和垫块52，在通过螺母55进行锁紧。通过设置的该多个波纹片51和垫块52组成延性耗能件5，在有落石击中防护网2时，通过弹性耗能组件3起到一定程度的缓冲作用，通过设于多根铰绳21端部的多个弹性耗能组件3避免了落石动能在一个部位集中释放导致的棚洞冲击破坏，当落实冲击力较大时，由于延性耗能件5的极限抗拉力小于弹性耗能组件3的极限抗拉力，从而在弹簧31超出弹性限度的形变之前波纹片51先承载不足而损坏，并屈服耗能，从而保全顶板边框11、棚洞顶板1、弹性耗能组件3以及防护网2不损坏。在本实施例中，每个延性耗能件5包括三个波纹片51。在一些其他的实施例中，可选用波纹状或环状等其他结构，且可根据实际情况调整波纹片51的数量以调整延性耗能件5的极限抗拉力。
波纹片51的中段设有贯穿波纹片51的螺杆4，螺杆4上螺接有位于波纹片51两侧的锁紧螺母41，螺杆4的端部设有与弹性耗能组件3连接的连接组件6。其中，螺杆4上也套设有夹设于每相邻两个波纹片51之间的多个垫块52。当落石冲击过大造成波纹片51损坏时，可将波纹片51两端的螺栓53以及中部的螺杆4拆除，从而便可更换波纹片51，相较于更换弹簧31，波纹片51更换更加方便。
如图2、5所示，弹性耗能组件3包括一端至另一端外径逐渐增长的摩擦套筒32以及紧密贴设于摩擦套筒32外表面绕设的弹簧31，弹簧31匹配于摩擦套筒32外径较大的一端与铰绳21连接，摩擦套筒32的外表面设有粗糙纹路，在弹簧31产生拉力时进行伸长缩短，从而使得弹簧31在摩擦套筒32外表面的粗糙纹路进行摩擦，释放出一部分的落石冲击产生的能量，且由于摩擦套筒32向铰绳21的一端逐渐增大，从而使得弹簧31在被铰绳21拉长时，弹簧31远离铰绳21一段被摩擦套筒32逐渐撑大，使得弹簧31与套筒32表面的压力更大，弹簧31与套筒32之间的摩擦力更大，使消耗掉的落石冲击能量更多。
结合图6、7、8所示，弹簧31远离铰绳21的一端固设有中心开设有穿孔34的挡板33，连接组件6包括固设于螺杆4端部的挂环611以及勾设于挂环611内的挂钩612，挂钩612的一端穿过穿孔34与摩擦套筒32固定连接。其中，每个螺杆4的端部固设有以一定夹角设置的两个挂环611，两个挂环611与呈一定夹角的两根铰绳21上的弹性耗能组件3连接。在本实施例中，如图1所示，棚洞顶板1和顶板边框11呈四方形，每根铰绳21与顶板边框11的夹角呈45°，方向相反且绳端位置统一的两个铰绳21连接于同一螺杆4上的两个吊环内，在本实施例中，每根铰绳21至少有一端通过弹性耗能组件3以及延性耗能件5与顶板边框11连接。
进一步的，弹簧31与铰绳21连接的一端活动连接有弧形拉环35，铰绳21与该弧形拉环35固定连接。铰绳21为多根细钢丝捻成的钢绞绳。
实施例二
对比实施例一的图1-8和实施例二的图1-4、6、9-10所示，实施例二与实施例一的不同之处在于连接组件6，结合图9-11所示，连接组件6包括固设于螺杆4端部的U型板621以及通过转轴或螺栓螺母铰接于U型板621内的连接杆622，连接杆622的一端穿过穿孔34与摩擦套筒32固定连接，如图10所示，U型板621的相对两块侧板上分别设有穿孔(非螺纹孔)，摩擦套筒32的连接杆622也设有穿孔，螺栓穿过U型板621和连接杆622上的穿孔并通过螺母进行锁定，其中，每个U型板621和连接杆622上仅连接一个螺栓，使得连接杆622相对于U型板621可发生转动，从而使得防护网2在被落石击中时，弹簧31可相对于波纹片51发生上下方向上的抖动，避免两者间的刚性连接，而影响缓冲耗能效果，且避免结构损坏。
在本实施例中，如图1所示，棚洞顶板1和顶板边框11呈四方形，每根铰绳21与顶板边框11的夹角呈45°，方向相反且绳端位置统一的两个铰绳21连接于同一螺杆4上的两个吊环内。每个螺杆4的端部固设有以一定夹角设置的两个U型板621，两个U型板621与呈一定夹角的两根铰绳21上的弹性耗能组件3连接，如图10所示，两个U型件与螺杆4之间呈Y字型，从而方便两个铰绳21端部的弹性耗能组件3连接。在本实施例中，每根铰绳21至少有一端通过弹性耗能组件3以及延性耗能件5与顶板边框11连接。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种有效抗落石冲击的棚洞结构，其特征在于，包括：
棚洞顶板，所述棚洞顶板的上表面周侧固设有顶板边框；
防护网，以一定间距地设于所述棚洞顶板上方，所述防护网由多根铰绳交叉设置构成；
多个弹性耗能组件，每个所述弹性耗能组件分别包括固定连接于所述铰绳的绳端的弹簧以及设于所述弹簧内供与所述弹簧内壁摩擦耗能的摩擦套筒；
极限抗拉力小于所述弹簧极限抗拉力的多个延性耗能件，所述延性耗能件可拆卸地连接于所述顶板边框和所述弹性耗能组件之间。
2.如权利要求1所述的有效抗落石冲击的棚洞结构，其特征在于，所述延性耗能件为由金属制成具有一定延性的波纹片，所述波纹片的两端通过螺栓与所述顶板边框固定连接。
3.如权利要求2所述的有效抗落石冲击的棚洞结构，其特征在于，所述顶板边框内埋设有预埋件，所述顶板边框内设有水平贯穿所述预埋件的钢筋，所述波纹片与所述预埋件通过所述螺栓连接。
4.如权利要求2所述的有效抗落石冲击的棚洞结构，其特征在于，所述波纹片的中段设有贯穿所述波纹片的螺杆，所述螺杆上螺接有位于所述波纹片两侧的锁紧螺母，所述螺杆的端部设有与所述弹性耗能组件连接的连接组件。
5.如权利要求4所述的有效抗落石冲击的棚洞结构，其特征在于，每个所述延性耗能件包括以一定间距排列的多块所述波纹片，所述螺杆以及所述螺栓上分别穿设有夹设于每相邻两所述波纹片之间的多个垫块。
6.如权利要求4所述的有效抗落石冲击的棚洞结构，其特征在于，所述摩擦套筒和所述弹簧均为靠近所述铰绳一端向远离所述铰绳一端直径逐渐减小的变直径构造，且所述弹簧紧密贴设于所述摩擦套筒的外侧绕设，所述摩擦套筒的外表面设有粗糙纹路。
7.如权利要求6所述的有效抗落石冲击的棚洞结构，其特征在于，所述弹簧远离所述铰绳的一端固设有中心开设有穿孔的挡板，所述连接组件包括固设于所述螺杆端部的挂环以及勾设于所述挂环内的挂钩，所述挂钩的一端穿过所述穿孔与所述摩擦套筒固定连接。
8.如权利要求7所述的有效抗落石冲击的棚洞结构，其特征在于，每个所述螺杆的端部固设有以一定夹角设置的两个所述挂环，呈一定夹角的两根所述铰绳上的所述挂钩分别勾设于两个所述挂环内。
9.如权利要求6所述的有效抗落石冲击的棚洞结构，其特征在于，所述弹簧远离所述铰绳的一端固设有中心开设有穿孔的挡板，所述连接组件包括固设于所述螺杆端部的U型板以及通过转轴或螺栓螺母铰接于所述U型板内的连接杆，所述连接杆的一端穿过所述穿孔与所述摩擦套筒固定连接。
10.如权利要求9所述的有效抗落石冲击的棚洞结构，其特征在于，每个所述螺杆的端部固设有以一定夹角设置的两个所述U型板，呈一定夹角的两根所述铰绳上的所述连接杆分别与两个所述U型板。
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