CN211113240U - 一种可产生塑性变形的耗能棚洞 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可产生塑性变形的耗能棚洞，包括侧壁、顶板，所述侧壁与顶板之间通过若干耗能支座连接，所述耗能支座为金属筒体；耗能支座的底端与侧壁顶端之间、耗能支座的顶端与顶板底端之间，均通过滑动铰支座连接；所述顶板为钢筋混凝土结构。本实用新型的目的在于提供一种可产生塑性变形的耗能棚洞，以解决现有技术中棚洞结构抗落石冲击力不高、回填土石过厚增加永久荷载的问题，实现提高安全性、降低结构造价的目的。

Description

一种可产生塑性变形的耗能棚洞

技术领域

本实用新型涉及道路安全防护领域，具体涉及一种可产生塑性变形的耗能棚洞。

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。实践证明建设钢筋混凝土棚洞在地形条件狭窄，边坡较陡，保通要求较高的地形条件和环境下是防护落石的有效措施。

但棚洞结构上为简支结构，抗落石冲击力不高，防护能级较低。传统钢筋混凝土棚洞还需要在顶部回填2～3m厚的土石，起到保护棚洞结构和对落石冲击力进行缓冲的作用。但是回填土石自重大，增加棚洞永久荷载，棚洞设计时需增大截面尺寸，多配钢筋以满足要求，对控制造价和结构抗震都不利，且回填土石对落石冲击力的缓冲效果有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可产生塑性变形的耗能棚洞，以解决现有技术中棚洞结构抗落石冲击力不高、回填土石过厚增加永久荷载的问题，实现提高安全性、降低结构造价的目的。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种可产生塑性变形的耗能棚洞，包括侧壁、顶板，所述侧壁与顶板之间通过若干耗能支座连接，所述耗能支座为金属筒体；耗能支座的底端与侧壁顶端之间、耗能支座的顶端与顶板底端之间，均通过滑动铰支座连接；所述顶板为钢筋混凝土结构。

现有技术中棚洞上为简支结构导致抗落石冲击力不高，且回填土石过厚增加永久荷载，导致需要增大截面尺寸、多配钢筋，影响抗震能力与工程造价。为此，本申请提出了一种可产生塑性变形的耗能棚洞，本申请的设计构思是基于能量守恒原理：能量不会凭空产生也不会凭空消失，要提高棚洞抗落石冲击性能，必须通过结构产生参生塑性变形来耗散能量。而棚洞结构本身不允许产生塑性变形，否则严重威胁人民生命财产安全，因此寻求在棚洞简支连接处设置耗能的结构。具体的：通过若干耗能支座来连接棚洞的侧壁与顶板，耗能支座为金属筒体，为非实心结构，因此其具有较好的塑性变形能力，当落石冲击时，耗能支座能产生褶皱塑性变形，以此耗散大量冲击能量。耗能支座的上下两端通过滑动铰支座分别与顶板、侧壁连接，滑动铰支座是一种能够约束竖直方向位移、限制水平方向移动距离的铰支座结构，当落石斜向冲击时，水平方向的分力通过滑动铰支座的位移进行消耗。现有技术中的滑动铰支座即可适用于本申请中。此外，本申请中顶板为钢筋混凝土结构，能够显著提高棚洞顶板延性、降低落石冲击下产生局部剪切破坏的风险。本申请中通过耗能支座来提供缓冲，相较于现有技术中需要依靠回填厚土石层的方式，提高了缓冲效果、减少了顶部荷载、显著降低了工程造价。

进一步的，所述顶板包括钢梁、以及包覆所述钢梁的混凝土。即是本方案中顶板的钢筋混凝土结构由钢梁和混凝土组成，钢梁作为骨架，先将钢梁制作成型，再统一浇筑混凝土形成实心的、整体的预制结构，钢梁位于混凝土内部。

进一步的，所述钢梁包括底板、固定在底板上的若干相互平行的延伸板、穿过所有延伸板的若干钢筋；所述底板、延伸板均为钢板。若干延伸板相互平行，延伸板位于底板上，优选的与底板上表面相互垂直，钢筋穿过相互正对的各延伸板。本方案中延伸板的长度方向必然与钢筋的长度方向交错，从而使得顶板纵横两个方向都提高了延性，并通过向上延伸的延伸板和钢筋将钢材与混凝土组合在一起共同受力，提高了钢材与混凝土之间的接触面积，进而抵抗混凝土与钢梁之间的掀起作用，充分发挥了钢材与混凝土两种材料的优点。

进一步的，所述延伸板上设置有若干通孔，所述钢筋从通孔中穿过。相对的两块延伸板之间，其上的通孔也必然正对，从而便于一根钢筋同时穿过各延伸板。

进一步的，所述延伸板的长度方向平行于棚洞的跨度方向，若干延伸板沿着棚洞的长度方向分布。对于单独一块延伸板而言，其长度方向朝着棚洞的跨度方向，对于棚洞而言，其主要受力是上方落石的斜向冲击力，因此设置延伸板平行于棚洞跨度方向分布，能够充分发挥延伸板对棚洞的加劲作用，显著提高棚洞抵抗上方落石侧向冲击的能力。相互平行的若干延伸板，沿着棚洞的长度方向依次分布，使得在整个棚洞的长度方向上，均有延伸板来增加强度。

进一步的，所述顶板上方铺设40～60cm厚的保护层，所述保护层为回填土或缓冲材料。本方案中的保护层仅仅起到保护作用，与现有技术中棚洞上方回填的、对落石冲击力进行缓冲的土石层作用完全不同。由于本申请完全不依赖回填土石来提供缓冲作用，因此保护层的厚度设置仅需40～60cm即可实现对顶板的遮挡保护，相较于现有技术中回填2～3m厚的土石的棚洞而言，顶部自重小，能够显著降低棚洞永久荷载，所以在棚洞设计时无需增大截面尺寸、无需多配钢筋，所以不会导致抗震性能下降、且能够明显降低工程造价。

优选的，所述耗能支座为双层圆柱薄壁金属筒体。当防护能级较高时，采用双层圆柱薄壁金属筒体作为耗能支座，能够进一步的提高耗能性能。

优选的，所述耗能支座高30～80cm、外径25cm、壁厚5～8mm。耗能支座的长径比不宜过大，根据防护能级的不同，长径比在1.2～3.2之间为最优。

优选的，所述顶板沿1:5的坡度倾斜设置。便于落石在惯性作用下快速脱离顶板上方向棚洞两侧滑落。顶板优选的朝向棚洞外侧方向倾斜。

一种可产生塑性变形的耗能棚洞的维护方法，当耗能支座变形严重时，用千斤顶撑起顶板，更换新的耗能支座。耗能支座的上下两端均为滑动铰支座连接，滑动铰支座的连接方式简单，通过相匹配的滑轨滑块即可实现，能够十分方便的进行拆解。本申请中耗能支座是消耗部件，当受到上方落石冲击褶皱变形严重时，则可用千斤顶撑起顶板，对已经变形严重、耗能性能基本透支的耗能支座进行更换，从而显著延长本申请的使用寿命，并且与传统的、一旦受损则只能全部更换的棚洞相比，显著降低了维护成本费用。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型一种可产生塑性变形的耗能棚洞，通过耗能支座来提供缓冲，相较于现有技术中需要依靠回填厚土石层来提供缓冲的方式，提高了缓冲效果、减少了顶部荷载、显著降低了工程造价。

2、本实用新型一种可产生塑性变形的耗能棚洞，相较于现有技术中回填2～3m厚的土石的棚洞而言，顶部自重小，能够显著降低棚洞永久荷载，所以在棚洞设计时无需增大截面尺寸、无需多配钢筋。

3、本实用新型一种可产生塑性变形的耗能棚洞，顶板采用钢材与混凝土的结构形式，提高了棚洞顶板延性、降低落石冲击下产生局部剪切破坏的风险。

4、本实用新型一种可产生塑性变形的耗能棚洞，当耗能支座受到上方落石冲击褶皱变形严重时，可用千斤顶撑起顶板，对已经变形严重、耗能性能基本透支的耗能支座进行更换，从而显著延长本申请的使用寿命；与传统的、一旦受损则只能全部更换的棚洞相比，显著降低了维护成本费用。

附图说明

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

图1为本实用新型具体实施例的立面图；

图2为本实用新型具体实施例中钢梁的结构示意图；

图3为本实用新型具体实施例中耗能支座的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-侧壁，2-顶板，201-底板，202-延伸板，203-钢筋，204-通孔，3-耗能支座，4-保护层，5-地面线，6-落石，7-滑动铰支座。

具体实施方式

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

实施例1：

如图1所示的一种可产生塑性变形的耗能棚洞，包括侧壁1、顶板2，所述侧壁1与顶板2之间通过若干耗能支座3连接，所述耗能支座3为金属筒体；耗能支座3的底端与侧壁1顶端之间、耗能支座3的顶端与顶板2底端之间，均通过滑动铰支座连接；所述顶板2为钢筋混凝土结构。

实施例2：

如图1至图3所示的一种可产生塑性变形的耗能棚洞，在实施例1的基础上，所述顶板2包括钢梁、以及包覆所述钢梁的混凝土。所述钢梁包括底板201、固定在底板201上的若干相互平行的延伸板202、穿过所有延伸板202的若干钢筋203；所述底板201、延伸板202均为钢板。所述延伸板202上设置有若干通孔204，所述钢筋203从通孔204中穿过。

优选的，所述延伸板的长度方向平行于棚洞的跨度方向，若干延伸板沿着棚洞的长度方向分布。本实施例具体设置时，以棚洞长度方向为纵向，棚洞跨度方向为横向，顶板的跨度与棚洞跨度尺寸一致，使得顶板在棚洞跨度方向上完全铺设在棚洞上方，且顶板的纵向宽度为2m，相邻顶板沿纵向依次紧挨着布置在棚洞顶部，每块顶板的厚度35～40cm。延伸板202为倒T型钢板，纵向上相邻两块延伸板202间的间距为0.5m，每块延伸板202上沿横向方向每隔0.1m开直径4cm的通孔204用于穿纵向钢筋203，再浇筑混凝土。

优选的，所述顶板2上方铺设50cm厚的保护层4，所述保护层4为回填土或缓冲材料。

优选的，所述耗能支座3为双层圆柱薄壁金属筒体。

优选的，所述顶板2沿1:5的坡度倾斜设置。

本实施例中，滑动铰支座如图3所示，依靠相互匹配的滑块与滑轨得以实现，从而满足约束竖直方向位移、限制水平方向移动距离的效果。

本实施例使用过程中，当耗能支座3变形严重时，用千斤顶撑起顶板2，更换新的耗能支座3。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可产生塑性变形的耗能棚洞，包括侧壁(1)、顶板(2)，其特征在于，所述侧壁(1)与顶板(2)之间通过若干耗能支座(3)连接，所述耗能支座(3)为金属筒体；耗能支座(3)的底端与侧壁(1)顶端之间、耗能支座(3)的顶端与顶板(2)底端之间，均通过滑动铰支座连接；所述顶板(2)为钢筋混凝土结构。

2.根据权利要求1所述的一种可产生塑性变形的耗能棚洞，其特征在于，所述顶板(2)包括钢梁、以及包覆所述钢梁的混凝土。

3.根据权利要求2所述的一种可产生塑性变形的耗能棚洞，其特征在于，所述钢梁包括底板(201)、固定在底板(201)上的若干相互平行的延伸板(202)、穿过所有延伸板(202)的若干钢筋(203)；所述底板(201)、延伸板(202)均为钢板。

4.根据权利要求3所述的一种可产生塑性变形的耗能棚洞，其特征在于，所述延伸板(202)上设置有若干通孔(204)，所述钢筋(203)从通孔(204)中穿过。

5.根据权利要求3所述的一种可产生塑性变形的耗能棚洞，其特征在于，所述延伸板(202)的长度方向平行于棚洞的跨度方向，若干延伸板(202)沿着棚洞的长度方向分布。

6.根据权利要求1所述的一种可产生塑性变形的耗能棚洞，其特征在于，所述顶板(2)上方铺设40～60cm厚的保护层(4)，所述保护层(4)为回填土或缓冲材料。

7.根据权利要求1所述的一种可产生塑性变形的耗能棚洞，其特征在于，所述耗能支座(3)为双层圆柱薄壁金属筒体。

8.根据权利要求1所述的一种可产生塑性变形的耗能棚洞，其特征在于，所述耗能支座(3)高30～80cm、外径25cm、壁厚5～8mm。

9.根据权利要求1所述的一种可产生塑性变形的耗能棚洞，其特征在于，所述顶板(2)沿1:5的坡度倾斜设置。

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