CN201330361Y - 新型抗滚石冲击的复合材料防护垫层结构 - Google Patents

新型抗滚石冲击的复合材料防护垫层结构 Download PDF

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Abstract

一种新型抗滚石冲击的复合材料防护垫层结构，现浇钢筋混凝土滚石防护结构的面层上预埋钢筋形成支撑骨架，在支撑骨架上设置面层钢板，在面层钢板和现浇面层之间充填一定密度的泡沫塑料以形成缓冲垫层。它具有施工简单、重量轻、吸能效果显著的特点。

Description

新型抗滚石冲击的复合材料防护垫层结构
技术领域
本实用新型涉及地质灾害防治技术，特别适合于滚石灾害防治结构抗滚石冲击的一种经济、有效的防护新结构。
背景技术
滚石在我国山区，特别是西部山区公路沿线随处可见，分布范围极广，它发生突然、频率高，防不胜防，对其危害范围内的各种公路构筑物如：公路路面、桥梁、隧道进出口、明洞、棚洞等；人类活动如：行驶车辆、过往人群等构成了严重的威胁，已成为继滑坡、崩塌、泥石流灾害之后的又一大地质灾害。
现如今对滚石的防治结构主要有：主动防护网、被动防护网、滚石棚、滚石挡墙等防治措施。对于重要路段对滚石的防治多采用滚石棚防护结构，该结构能有效的防治滚石对路面、桥面、隧道进出口等重要工程的破坏，但是滚石同样能对滚石棚造成冲击破坏，为防止滚石对滚石棚的冲击，一般在滚石棚上覆盖一层缓冲消能垫层。
F.Delhomme，M.Mommessin，J.P.Mougin，P.Perrotin等提出了一种新的防滚石结构，它由能吸收滚石冲击能量的支撑系统和钢筋混凝土板组成(见图1)，与传统的防滚石结构(覆盖土层)不同的是，这种新型结构必须按照动荷载进行设计。并实施了1/3原型结构尺寸大小的防滚石结构模型实验，结果表明：防滚石结构可能发生三种破坏模式：混凝土冲击破坏、冲切破坏和弯曲破坏，作者集中讨论了冲切破坏，并建议了一个简化的设计计算方法。
在滚石防护结构上覆盖一定厚度的砂垫层能有效吸收大部份滚石冲击能量，起到缓冲作用，减轻滚石冲击荷载对防护结构的冲击。S.Kawahara，T.Muro以风化花岗岩土层为对象，通过一系列的室内试验，研究了垫层干密度、垫层厚度对滚石冲击响应的响应，结果表明：作用在垫层上的冲击压力随着垫层干密度的增加而增大，与垫层厚度关系不大；而施加在防护结构上的冲击压力随垫层干密度的增加而增大，随垫层厚度的长大而快速减少。
覆盖在滚石防护结构上的砾石土是一种很好的吸能材料，为研究其防护效果，B.Pichler，CH.Hellmich&H.A.Mang采用量纲分析理论建立滚石冲击深度、冲击持续时间、冲击力与滚石形状、质量、冲击高度之间的无量纲参数关系，以此为基础设计原型试验。试验采用了三种形状、不同质量的花岗岩作为滚石，滚石冲击高度20m。根据一系列的试验结果，推导了滚石冲击动力模型，并给出了滚石冲击持续时间、冲击力的一系列图表供设计参考。
N.Kishi，H.Konno，K，Ikeda，K.G.Matsuoka采用两种日本高速公路上常用的预应力钢筋混凝土滚石防护结构型式(原型倒置L型框架结构和原型刚性框架结构)进行滚石冲击试验，研究预应力钢筋混凝土滚石防护结构的极限抗冲击能力。冲击荷载采用惯性力和自由落体两种方式施加，滚石用3000/5000kg钢锤模拟，直接冲击覆盖90cm厚砂垫层的原型防护结构中部，试验结构表明：(1)全刚性框架防护结构的抗冲击能力是倒置L型框架防护结构的1.7倍；(2)全刚性框架防护结构能有效地分散作用在整体结构上的集中荷载；(3)基于许用应力设计的两种滚石防护结构极限抗冲击承载力是试验结果的3-5倍。
目前滚石防护结构缓冲垫层材料多采用砂垫层或砾石土垫层，厚度在2-3米之间。从实用效果看，垫层材料存在以下问题：这些材料的缓冲吸能效果不佳，同时，较大的垫层厚度增加了作用在滚石防护结构上的荷载压力，进而增加了滚石防护结构的设计荷载，造成滚石防护结构投资偏高。因此，本新型针对这一问题，提出了一种新型抗滚石冲击的复合材料垫层结构，不但能大幅度吸收滚石冲击能量，较小滚石冲击力，而且垫层重量非常轻，可以大大降低施加在滚石防护
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种新型抗滚石冲击的复合材料防护垫层结构，旨在解决目前滚石防护抗冲击垫层材料缓冲效果不佳，自身重量较大，滚石防护结构投资偏高的技术难题，提出一种更为经济、安全、轻型的新型滚石防护结构缓冲垫层结构，减小滚石冲击力，降低滚石防护结构的投资。
本新型的目的是这样实现的：一种新型抗滚石冲击的复合材料防护垫层结构，现浇钢筋混凝土滚石防护结构的面层上预埋钢筋形成支撑骨架，在支撑骨架上设置面层钢板，在面层钢板和现浇面层之间充填一定密度的泡沫塑料以形成缓冲垫层。
本实用新型的有益效果是：
1、能够有效的减小滚石对防护结构的冲击力，有非常好的吸收滚石冲击能量的效果。
2、复合材料垫层结构重量轻，可以大大降低施加在滚石防护结构上的荷载。
3、采用这种新型滚石防护缓冲垫层结构，能大幅度降低滚石防护结构的投资。
4、该新型符合材料垫层结构，施工简单、工艺成熟。
与一般的砂垫层、砾石土垫层相比，本新型复合材料垫层结构具有吸能效果显著，重量轻的特点。
附图说明
附图是本实用新型的示意图。
具体实施方式
参见附图(图中示出公路路面5和自然坡面6)，新型抗滚石冲击的复合材料防护垫层结构，现浇钢筋混凝土滚石防护结构的面层1上预埋钢筋2形成支撑骨架，在支撑骨架上设置面层钢板3，在面层钢板和现浇面层之间充填一定密度的泡沫塑料4以形成缓冲垫层。泡沫塑料为聚胺酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料或聚氯乙烯泡沫塑料。形成支撑骨架的钢筋均布在现浇面层上。聚苯乙烯泡沫塑料为以聚苯乙烯树脂为基础的泡沫塑料，发泡后的体积可达原来体积的40～60倍。闭孔结构，吸水性特别低、抗压强度高、导热性低、结构强度好。聚氯乙烯泡沫塑料分为软质和硬质两种，每种又分为开孔型和闭孔型。可选用开孔型软质聚氯乙烯泡沫塑料，软而富弹性，变形小，耐压，耐水，耐热，耐腐蚀。但最好还是选用聚胺酯泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料。
实施例：采用在上下两层间距为600cm的钢板(厚20mm)之间焊接上HBPR25的支撑钢筋，以连接并支撑上下两块钢板，再在两块钢板的空隙之中填充聚胺酯轻型缓冲材料，然后，将该结构直接布设于滚石防护棚结构之上。
技术原理：当有滚石以一定的动能冲击滚石防护结构上时，滚石的冲击冲击能转化为以下几部分：①顶层钢板面层的弹塑性变形；②关键骨架的压缩变形能；③聚氨酯塑料泡沫的压缩变形；④滚石防护结构横梁的弯矩变形能。其中大部分能量被符合材料垫层结构吸收，使得该结构能够有效的抵抗滚石的冲击破坏，减少滚石对滚石防护结构的危害。

Claims (3)

1、一种新型抗滚石冲击的复合材料防护垫层结构，包括，现浇钢筋混凝土滚石防护结构(1)，其特征是：所述现浇钢筋混凝土滚石防护结构(1)的面层上预埋钢筋(2)形成支撑骨架，在支撑骨架上设置面层钢板(3)，在面层钢板和现浇面层之间充填一定密度的泡沫塑料(4)以形成缓冲垫层。
2、根据权利要求1所述新型抗滚石冲击的复合材料防护垫层结构，其特征是：所述泡沫塑料为聚胺酯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料或聚氯乙烯泡沫塑料。
3、根据权利要求1或2所述新型抗滚石冲击的复合材料防护垫层结构，其特征是：所述形成支撑骨架的钢筋均布在现浇面层上。
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