CN113216024A - 一种分级防护的装配式钢箱棚洞 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分级防护的装配式钢箱棚洞，解决了无法自由分级分层防护等问题。本发明包括主体承重框架和缓冲层，所述缓冲层包括第一缓冲层和第二缓冲层；所述第一缓冲层包括可活动索拖柱、拉绳和柔性网，顶部框架的顶点处连接可活动索拖柱，相邻可活动索拖柱之间设有圆管斜撑连接，柔性网通过拉绳固定于可活动索拖柱的顶部且向一侧倾斜，沿底部框架的钢梁两端均设有钢棒耗能器，钢棒耗能器远离底部框架的一端通过拉绳穿过滑轮与其对应可活动索拖柱连接；所述第二缓冲层包括砂垫层、混凝土板垫层和支座，混凝土板垫层上铺设砂垫层，若干支座均匀设置于顶部框架的钢梁上与混凝土板垫层连接。本发明具有可自由组合防护，避免多次落石冲击等优点。

Description

一种分级防护的装配式钢箱棚洞

技术领域

本发明涉及道路交通安全防护设施领域，具体涉及一种分级防护的装配式钢箱棚洞。

背景技术

中国西部地形条件复杂，造就了很多傍山公路，一旦出现地震、强降雨等地质灾害，高 位崩塌对傍山公路的损坏是最为严重，生命财产损失也最大。棚洞作为防护高位崩塌末端防 护措施，是傍山公路最后一道防线，如何在灾害发生后，钢棚洞建设的快速化、标准化、高 设防能级化成为趋势。

现有技术中应对高位崩塌通常采用横梁以及立柱，无法根据具体的崩塌情况对应选择适 合的防护能级快速进行防护救援处理，还存在有无法长时间承受多次落石的冲击，导致钢箱 棚洞变形，且无法回收重复利用，经济效益较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术无法自由分级分层防护，无法长时间承受多次 落石冲击，本发明提供了解决上述问题的一种分级防护的装配式钢箱棚洞。

本发明通过下述技术方案实现：

一种分级防护的装配式钢箱棚洞，进一步优化，包括主体承重框架和缓冲层，所述缓冲 层包括第一缓冲层和第二缓冲层，所述第一缓冲层和所述第二缓冲层均设置于所述主体承重 框架上，所述第一缓冲层设置于所述第二缓冲层上。

通过设置的分级的装配式钢箱棚洞，设置有第一缓冲层，第二缓冲层以及主题承重框架， 承接崩塌落石，当达到第一缓冲层的承接能力后，可由第二缓冲层进行分散第一缓冲层承受 的冲击，从而逐一分散落石的原始冲击力，以保障主体承重框架的承受能力，同时可根据具 体设防标准能级进行自由选择组合，即可以仅设置第一缓冲层于主体承重框架上，也可仅设 置第二缓冲层于主体承重框架上，或是将第一缓冲层和第二缓冲层均设置于主体承重框架上 进行防护，以达到防护的最佳效率。

进一步优选，所述主体承重框架包括顶部框架、底部框架以及两个侧部框架，所述顶部 框架和底部框架通过两个所述侧部框架连接形成矩形的主体承重框架，所述顶部框架内设置 有横梁，沿所述顶部框架的钢梁两端均设置有外沿梁，两个所述侧部框架内均设置有两个圆 管形成斜撑。

通过设置的主体承重框架为矩形，从而与抢修道路路面结构相适配，且形成的主体承重 框架内便于行人或车辆等行驶通过，设置外沿梁和滑轮能够通过拉绳连接作用下，进行拉伸， 以实现耗能，减缓冲击硬性，同时设置两个圆管于侧部框架上形成斜撑，能够实现加强主体 承重框架的固定效果，避免落石多次冲击损毁框架的现象。

进一步优选，所述第一缓冲层包括可活动索拖柱、拉绳和柔性网，所述顶部框架的顶点 处连接所述可活动索拖柱，相邻所述可活动索拖柱之间设置有圆管斜撑连接，所述柔性网通 过所述拉绳固定于所述可活动索拖柱的顶部且所述柔性网设置向一侧倾斜，所述外沿梁远离 顶部框架的一端设置有滑轮，沿所述底部框架的钢梁两端均设置有钢棒耗能器，所述钢棒耗 能器远离底部框架的一端通过拉绳穿过所述滑轮与其对应所述可活动索拖柱连接。

进一步优选，所述外沿梁的长度设置为1m-1.5m。

通过增设第一缓冲层，可优选采用铰接方式，通过节点将可活动索拖柱设置于主体承重 框架的顶部框架的顶点处，以实现可活动索拖柱沿顶部框架钢梁顶点处可转动的效果将柔性 网通过卸扣穿过拉绳挂设于可活动索拖柱顶部上，从而在落石下落时能够掉落至柔性网内， 同时可优选设置一侧可活动索拖柱的长度为1.5m-3m，另一侧的可活动索拖柱的长度设置为 3.5m-5m，即实现柔性网向一侧倾斜，能够较好配合傍山公路的路面落石情况，由于设置柔性 网向一侧倾斜，落石下落至柔性网时易于滑落至外部或落入至网内便于对落石的清理，且能 够更好的承接崩塌的落石，在柔性网受到落石冲击的作用下产生塑性形变，同时由于底部框 架设置有钢棒耗能器且钢棒耗能器远离底部框架一端扣接拉绳，穿过滑轮与对应的可活动索 拖柱连接，从而在落石落入至柔性网内，柔性网受落石冲击力产生形变，同时拉绳受到牵引 力通过滑轮作用于底部框架上铰接的钢棒耗能器，则可活动索拖柱能够随着柔性网的形变通 过拉绳等的共同作用下可向内倾斜，因而落石的冲击力能够在柔性网、拉绳以及钢棒耗能器 上进行耗能，从而能够达到缓冲的作用效果，并且还设置圆管斜撑连接相邻的可活动索拖柱， 以更好满足第一缓冲层的稳定性要求。

进一步优选，所述第二缓冲层包括砂垫层、混凝土板垫层和支座，所述混凝土板垫层上 铺设所述砂垫层，若干所述支座均匀设置于顶部框架的钢梁上且与所述混凝土板垫层的下表 面连接。

通过增设第二缓冲层，设置砂垫层和混凝土板垫层，优选混凝土层的截面积大于砂垫层， 砂垫层可起到对混凝土板垫层的缓冲保护效果，能够利用土垫层缓冲多次落石带来的冲击能 量，还可以分散多次落石的冲击力到不同的垫层中，从而进一步对落石的冲击力进行分散处 理，达到双重缓冲保护的效果，同时还设置有若干支座连接于混凝土板垫层和主体承重框架 的顶部框架钢梁之间，支座能够根据防护能级优选设置4个-12个，从而在砂土垫层的缓冲基 础上，通过增设的支座能够将落石竖直的冲击力改变为横向冲击，改变传力的路径以延缓冲 击时间，可避免多次落石的冲击，实现大幅降低落石的冲击力，根据防护能级的大小，能够 自由选择，可仅设置第二缓冲层即砂垫层、混凝土板垫层和支座于主体承重框架上，此时由 于未设置第一缓冲层，则铺设的砂垫层可优选倾斜于一侧设置，以使落石能够沿倾斜坡度落 下也能够便于清理；若防护能级较小也可仅设置混凝土板垫层，如若所需防护能级较大即可 设置第一缓冲层和第二缓冲层，此时砂垫层则可优选设置平缓铺设，从而提高防护效率。

进一步优选，所述支座设置为超弹性PU材料，所述支座的横截面设置为鼓形，所述支 座的柱高设置为45cm-50cm，所述支座的直径设置为30cm-40cm。

通过设置支座为超弹性材料，从而可以在受到冲击荷载下通过横向答变形，以改变传力 的方向路径，实现降低冲击力，同时设置支座为鼓形，增大了支座的接触面积，以提高在冲 击荷载下支座的稳定性。

进一步优选，所述混凝土板垫层的底部设置有带肋钢板，所述混凝土板垫层的厚度设置 为40cm-60cm。

通过设置的混凝土板垫层底部设有带肋钢板，从而有效增强混凝土板垫层的承接强度， 在落石超过柔性网防护能级后接触砂土层后至带肋钢板的混凝土板垫层，与支座协同作用， 形成第二道缓冲防护，以有效抵抗多次落石的冲击避免设备损坏。

进一步优选，所述第一缓冲层与所述第二缓冲层之间的距离设置为1.5m-3m。通过优选 设置第一缓冲层和第二缓冲层之间的距离，即为控制落石落入至网内与第二缓冲层中砂垫层 或混凝土板垫层的距离，从而其距离空间越大，则第二缓冲层的耗能则越小，第一缓冲层的 耗能则越大，因为根据所受防护能级的需求，进行调控其空间距离范围，减小对构件的损耗， 可重复回收利用，节约成本，达到良好的经济效益。

进一步优选，所述主体承重框架均设置为H型钢且所述主体承重框架通过接头栓接形成。 通过设置接头将框架进行栓接连接，从而便于构件之前的任意组合拆解，能够重复回收利用， 节约成本，达到良好的经济效益。

进一步优选，所述主体承重框架的长度、宽度和高度均设置小于等于6m。通过控制框架 的长度，方便设备的储备和运输，节约劳动力，且能够匹配公路道路条件要求。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供一种分级防护的装配式钢箱棚洞，包括主体承重框架和缓冲层，所述缓冲 层包括第一缓冲层和第二缓冲层，所述第一缓冲层和所述第二缓冲层均设置于所述主体承重 框架上，所述第一缓冲层设置于所述第二缓冲层上，由三个部分构成，形成上部缓冲层、中 部缓冲层以及底部主体承重框架，达到多级缓冲防护效果，避免多次落石的冲击，可自由组 合防护；

2、本发明所述主体承重框架包括顶部框架、底部框架以及两个侧部框架，所述顶部框架 和底部框架通过两个所述侧部框架连接形成矩形的主体承重框架，所述顶部框架内设置有横 梁，沿所述顶部框架的钢梁两端均设置有外沿梁，两个所述侧部框架内均设置有两个圆管形 成斜撑；所述第一缓冲层包括可活动索拖柱、拉绳和柔性网，所述顶部框架的顶点处连接所 述可活动索拖柱，相邻所述可活动索拖柱之间设置有圆管斜撑连接，所述柔性网通过所述拉 绳固定于所述可活动索拖柱的顶部且所述柔性网设置向一侧倾斜，所述外沿梁远离顶部框架 的一端设置有滑轮，沿所述底部框架的钢梁两端均设置有钢棒耗能器，所述钢棒耗能器远离 底部框架的一端通过拉绳穿过所述滑轮与其对应所述可活动索拖柱连接；所述第二缓冲层包 括砂垫层、混凝土板垫层和支座，所述混凝土板垫层上铺设所述砂垫层，若干所述支座均匀 设置于顶部框架的钢梁上且与所述混凝土板垫层的下表面连接；柔性网受到落石冲击的作用 下产生塑性形变通过拉绳与钢棒耗能器协同作用，形成第一道缓冲防护，在落石超过柔性网 防护能级后接触砂土层后至带肋钢板的混凝土板垫层，与支座协同作用，形成第二道缓冲防 护，可以有效抵抗多次落石的冲击避免设备损坏；

3、本发明所述支座设置为超弹性PU材料，所述支座的横截面设置为鼓形，所述支座的 柱高设置为45cm-50cm，所述支座的直径设置为30cm-40cm；所述混凝土板垫层的底部设置 有带肋钢板，所述混凝土板垫层的厚度设置为40cm-60cm；所述第一缓冲层与所述第二缓冲 层之间的距离设置为1.5m-3m；所述主体承重框架均设置为H型钢且所述主体承重框架通过 接头栓接形成；所述主体承重框架的长度、宽度和高度均设置小于等于6m；提高结构稳定性， 便于构件自由组合使用，可重复回收利用，节约劳动力，节约成本，具有良好的经济效益。

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为本发明的结构示意图。

图2为本发明的局部结构示意图。

图3为本发明的局部结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-主体承重框架，11-顶部框架，12-底部框架，13-侧部框架，2-第一缓冲层，21-可活动 索拖柱，22-柔性网，3-第二缓冲层，31砂垫层，32-混凝土板垫层，33-支座，4-圆管，5-外 沿梁，6-滑轮，61-拉绳，62-钢棒耗能器。

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

一种分级防护的装配式钢箱棚洞，包括主体承重框架1和缓冲层，所述缓冲层包括第一 缓冲层2和第二缓冲层3，所述第一缓冲层2和所述第二缓冲层3均设置于所述主体承重框 架1上，所述第一缓冲层2设置于所述第二缓冲层3上。

实施例2

本实施例基于实施例1进一步改进，所述主体承重框架1包括顶部框架11、底部框架12 以及两个侧部框架13，所述顶部框架11和底部框架12通过两个所述侧部框架13连接形成 矩形的主体承重框架1，所述顶部框架11内设置有横梁，沿所述顶部框架11的钢梁两端均 设置有外沿梁5，两个所述侧部框架13内均设置有两个圆管4形成斜撑；所述第一缓冲层2 包括可活动索拖柱21、拉绳61和柔性网22，所述顶部框架11的顶点处连接所述可活动索拖 柱21，相邻所述可活动索拖柱21之间设置有圆管4斜撑连接，所述柔性网22通过所述拉绳 61固定于所述可活动索拖柱21的顶部且所述柔性网22设置向一侧倾斜，所述外沿梁5远离 顶部框架11的一端设置有滑轮6，沿所述底部框架12的钢梁两端均设置有钢棒耗能器62， 所述钢棒耗能器62远离底部框架12的一端通过拉绳61穿过所述滑轮6与其对应所述可活动 索拖柱21连接；所述外沿梁5的长度设置为1m-1.5m；所述第二缓冲层3包括砂垫层31、混 凝土板垫层32和支座33，所述混凝土板垫层32上铺设所述砂垫层31，若干所述支座33均匀设置于顶部框架11的钢梁上且与所述混凝土板垫层32的下表面连接。

实施例3

本实施例基于实施例2进一步改进，所述支座33设置为超弹性PU材料，所述支座33的横截面设置为鼓形，所述支座33的柱高设置为45cm，所述支座33的直径设置为40cm； 所述混凝土板垫层32的底部设置有带肋钢板，所述混凝土板垫层32的厚度设置为40cm；所 述主体承重框架1均设置为H型钢且所述主体承重框架1通过接头栓接形成；所述第一缓冲 层2与所述第二缓冲层3之间的距离设置为1.5m-3m；所述主体承重框架1的长度、宽度和 高度均设置等于6m。

原理和效果：将主体承重框架1设置于崩塌路段的公路处，通过接头将顶部框架11和底 部框架12与两个侧部框架13连接组合形成矩形的主体承重框架1，顶部框架11的钢梁两端 均设置1.5m的外沿梁5，外沿梁5一端安装有滑轮6，在顶部框架12的钢梁上均匀设置支座 33与第二缓冲层3的混凝土板垫层32的下表面连接，混凝土板垫层32上设置砂土层31，在 顶部框架12的接头处铰接可活动索拖柱21，在底部框架12钢梁两端设置钢棒耗能器62，将 钢棒耗能器62扣接拉绳61穿过滑轮6与对应的可活动索拖柱21连接，相邻的可活动索拖柱 21之间通过圆管4连接支撑，可活动索拖柱21顶部连接柔性网22，即完成本发明的装配式 钢箱棚洞；当落石下坠时，先落入至柔性网22内，柔性网22受力产生形变，由拉绳61牵引 通过滑轮6作用于钢棒耗能器62进行耗能，同时可活动索拖柱21能够随着柔性网22产生的 形变二向内倾斜，形成第一道缓冲防护，当落石超过柔性网22的防护能级后，则可接触至砂 土层31，从而传至混凝土板垫层32，由于混凝土板垫层32下表面连接有均匀分布的支座33， 通过协同作用形成第二道缓冲防护，从而能在受到冲击荷载的情况下通过横向变形，改变传 力路径，从而延缓冲击时间，以实现大幅减低落石的冲击力，从而能够有效承接多次落石的 冲击，因为能够根据提出的设防能级，将柔性网22、钢棒耗能器62、混凝土板垫层32、支 座33等构件进行自由组合，便于回收重复利用，节约成本，达到良好缓冲防护效果。

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)

1.一种分级防护的装配式钢箱棚洞，其特征在于，包括主体承重框架(1)和缓冲层，所述缓冲层包括第一缓冲层(2)和第二缓冲层(3)，所述第一缓冲层(2)和所述第二缓冲层(3)均设置于所述主体承重框架(1)上，所述第一缓冲层(2)设置于所述第二缓冲层(3)上。

2.根据权利要求1所述的一种分级防护的装配式钢箱棚洞，其特征在于，所述主体承重框架(1)包括顶部框架(11)、底部框架(12)以及两个侧部框架(13)，所述顶部框架(11)和底部框架(12)通过两个所述侧部框架(13)连接形成矩形的主体承重框架(1)，所述顶部框架(11)内设置有横梁，沿所述顶部框架(11)的钢梁两端均设置有外沿梁(5)，两个所述侧部框架(13)内均设置有两个圆管(4)形成斜撑。

3.根据权利要求2所述的一种分级防护的装配式钢箱棚洞，其特征在于，所述第一缓冲层(2)包括可活动索拖柱(21)、拉绳(61)和柔性网(22)，所述顶部框架(11)的顶点处连接所述可活动索拖柱(21)，相邻所述可活动索拖柱(21)之间设置有圆管(4)斜撑连接，所述柔性网(22)通过所述拉绳(61)固定于所述可活动索拖柱(21)的顶部且所述柔性网(22)设置向一侧倾斜，所述外沿梁(5)远离顶部框架(11)的一端设置有滑轮(6)，沿所述底部框架(12)的钢梁两端均设置有钢棒耗能器(62)，所述钢棒耗能器(62)远离底部框架(12)的一端通过穿过所述滑轮(6)的拉绳(61)与其对应所述可活动索拖柱(21)连接。

4.根据权利要求3所述的一种分级防护的装配式钢箱棚洞，其特征在于，所述外沿梁(5)的长度设置为1m-1.5m。

5.根据权利要求2所述的一种分级防护的装配式钢箱棚洞，其特征在于，所述第二缓冲层(3)包括砂垫层(31)、混凝土板垫层(32)和支座(33)，所述混凝土板垫层(32)上铺设所述砂垫层(31)，若干所述支座(33)均匀设置于顶部框架(11)的钢梁上且与所述混凝土板垫层(32)的下表面连接。

6.根据权利要求5所述的一种分级防护的装配式钢箱棚洞，其特征在于，所述支座(33)设置为超弹性PU材料，所述支座(33)的横截面设置为鼓形，所述支座(33)的柱高设置为45cm-50cm，所述支座(33)的直径设置为30cm-40cm。

7.根据权利要求5所述的一种分级防护的装配式钢箱棚洞，其特征在于，所述混凝土板垫层(32)的底部设置有带肋钢板，所述混凝土板垫层(32)的厚度设置为40cm-60cm。

8.根据权利要求5所述的一种分级防护的装配式钢箱棚洞，其特征在于，所述第一缓冲层(2)与所述第二缓冲层(3)之间的距离设置为1.5m-3m。

9.根据权利要求2所述的一种分级防护的装配式钢箱棚洞，其特征在于，所述主体承重框架(1)均设置为H型钢且所述主体承重框架(1)通过接头栓接形成。

10.根据权利要求2所述的一种分级防护的装配式钢箱棚洞，其特征在于，所述主体承重框架(1)的长度、宽度和高度均设置小于等于6m。

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