耗能式滚石防护系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种耗能式滚石防护系统。针对现有技术中滚石防护系统存在抗冲击力不足及维护成本高的缺陷，本实用新型专利技术提供了一种耗能式防护系统。本产品布置有滚石发生的山体坡面，包括两级耗能结构，第一级耗能结构是耗能板装置，第二级耗能是耗能活塞装置；耗能板装置包括迎坡向布置的耗能面板，耗能面板通过铰接架固定在滚石冲击区，耗能面板是金属栅格框架内填充耗能材料块单体；耗能面板通过拉索与耗能活塞装置的活塞杆连接，耗能活塞装置的活塞气缸固定在非滚石冲击区，活塞气缸有排气阀门。系统整体耗能效率高。系统可采用标准件设计加工，现场施工速度快，工程质量容易控制，能在传统结构不易施工的在高山峡谷区应用，且便于抢险救灾。

Energy dissipation roller stone protection system

The utility model discloses an energy dissipation roller stone protection system. In view of the defects of the anti impact force of the rolling stone protection system in the existing technology and the high maintenance cost, the utility model provides an energy dissipation protection system. This product has the layout of rolling stone mountain slope, including two levels of energy consumption structure, energy consumption structure is the first level energy dissipation plate device, second levels of energy is energy dissipation device comprises a piston device; plate facing slope to energy panel layout, energy panel through the articulated frame fixed on the rolling stone impact region, energy panel is a metal grid framework filling material single energy; energy panel is connected by a piston rod cable and energy piston device, piston cylinder energy piston device fixed on a non impact area, piston cylinder exhaust valve. The overall energy dissipation efficiency of the system is high. The system can be designed and processed by standard parts. The construction speed is fast, and the engineering quality is easy to control. It can be applied in the high mountain and canyon area where the traditional structure is not easy to construct, and is convenient for disaster relief.

【技术实现步骤摘要】
耗能式滚石防护系统
本技术涉及一种滚石防护系统的结构，特别是一种防治山区坡面滚石灾害的耗能式防护结构体，属于山区灾害防治工程、路桥工程领域。
技术介绍
交通路线的建设需要经过山岭地区，在这些地区进行道路建设涉及到大量的边坡开挖和支护问题，边坡危岩崩塌、滚石等问题突出。尤其在事故多发地区，大量滚石、落石常将道路撞毁甚至伤及生命，即造成事故又阻断抢险。对于滚石的防护有两种，一种是主动防护，是在源头上阻止滚石出现，还有一种是被动防护，是在滚石下落途中将其拦截，避免落到地面而造成损失。然而由于大多滚石发生区的地形都是山高路险，主动防护不易实施，因而我国对边坡危岩落石的处理方法多采用被动防护网进行边坡防护。现有防护系统中的被动防护网由下部基础、金属柔性网、钢柱、连接构件四个主要部分构成，通过利用系统的变形能力，延长落石对拦截系统的作用时间，以此来削弱冲击力，同时不断吸收和消化冲击动能，达到防护落石的目的。但通过理论分析与工程实践都表明普通被动防护网存在以下技术缺陷：一是金属柔性网柔度有余但强度不足，在面临高速高能滚石冲击时其常被一次性直接击穿而发生破坏；二是一方面落石冲击在钢柱上，由于钢柱的强度不足因此会导致钢柱被直接破坏；另一方面当滚石未砸在防护面正中，沿防护面偏向冲击时，通常会使金属柔性网向钢柱传递不均匀荷载，常导致一侧钢柱因承受较大弯—扭作用而发生扭曲破坏，达不到预期的防护作用；三是金属柔性网及减压环属于非模块生产构件，当柔性网被击穿破坏后，整体防护结构就全部处于瘫痪状态，在维护时需将防护网全部拆除，维护复杂并且浪费资源。
技术实现思路
本技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种通过耗能来减损直面滚石危害的防护系统结构体，其技术方案如下：一种耗能式滚石防护系统，布置有滚石发生的山体坡面，其特征在于：包括两级耗能结构，第一级耗能结构是耗能板装置，第二级耗能是耗能活塞装置；所述耗能板装置包括迎坡向布置的耗能面板，耗能面板通过铰接架固定在滚石冲击区，所述耗能面板是金属栅格框架内填充耗能材料块单体；耗能面板通过拉索与耗能活塞装置的活塞杆连接，耗能活塞装置的活塞气缸固定在非滚石冲击区，活塞气缸有排气阀门。上述耗能式滚石防护系统采用两级耗能结构设计。第一级耗能结构采用耗能板装置。耗能板装置以耗能面板为滚石的受力冲击面，通过耗能面板内填充的耗能材料块单体对滚石冲击能量形成第一级减损，耗能面板通过铰接架固定在坡面上，铰接支撑体系不仅可以满足系统整体柔性的需要，同时也易于实现系统安装倾角的调节，提高不同边坡条件下耗能面板的有效拦截高度。第二级耗能结构采用耗能活塞装置，利用活塞中气体的体积变化做功耗能。活塞杆通过拉索与耗能面板连接，因而耗能面板受滚石冲击后，未能被耗能材料消耗的冲击能量经拉索传递给活塞杆，使活塞耗能装置启动并工作，形成对滚石冲击能量的第二级减损。连接两级耗能结构的拉索除承担冲击能量传递外，还可平衡系统中的荷载。拉索一般可选用拉锚绳。依现场条件需要，拉索包括转向滑轮，方便其连接的两级耗能装置分别有效地固定在不同位点。同时，依现场条件需要，耗能式滚石防护系统一般可包括多个耗能板装置，此时，耗能面板呈错位排列的方式布置在滚石冲击区，形成对滚石的包围式拦挡。第一级耗能装置的固定是防护系统中的关键之一，因为整个系统的功能实现既依赖其承受冲击能量的同时完成第一级耗能，又依赖其有效传输剩余冲击能量到第二级耗能装置。在耗能板装置中，金属栅格框架通过立柱与铰接架连接；立柱是灌浆钢管桩结构，包括中心钢性管与中心钢性管外套装的外层钢性管，中心钢性管与外层钢性管之间等间距布置中间钢性管并填充混凝土，中间钢性管分别与中心钢性管外壁、外层钢性管内壁相切。采用钢管作为支撑钢柱架的主要材料，可以利用钢管在任何一个截面的惯性矩都相同，且易于设置连接构造，也方便对其进行热浸镀锌，达到良好防锈效果的优点。以上述耗能式滚石防护系统为基础，在优选设计中，耗能材料块单体加工成预制件，采用夹心结构，包括上、下层钢板与中间耗能材料层。耗能材料层的耗能材料是发泡型耗能材料，如泡沫铝、泡沫塑料、泡沫橡胶等。上述耗能式滚石防护系统的第二级耗能装置——耗能活塞装置是利用活塞压缩与放气中气体体积、压强的改变达到减损滚石冲击能量的目的。经拉索传输到耗能活塞装置的剩余冲击能量转变成拉索的拉力，拉动与拉索连接的活塞杆使活塞产生位移，活塞气缸内气体体积压缩、气压增加。当活塞内气体压力低于活塞阀门的设计阈值时，活塞处于恒温压缩阶段，即活塞处于气体压缩做功耗能阶段，此时冲击能量被压缩气体以“弹性能”形式储存。当活塞气缸内气体压力持续增加达到设计阈值时，活塞杆停止位移，活塞阀门打开，活塞装置向外恒压放气，即活塞处于放气做功耗能阶段，此时冲击能量慢慢被消耗。整个耗能活塞装置的两阶段耗能设计一方面能够提高结构的耗能力度，另一方面能够对耗能活塞装置进行保护。活塞气缸一般通过锚固装置固定在坡面。进一步地，活塞气缸内气压高于外部气压，这样可以使活塞气缸内外部气压产生一个压强差。当活塞装置静止未发生耗能做功时，活塞气缸内部气压较外部气压高，可以维持活塞结构的稳定。为实现耗能活塞装置中设置多组活塞气缸与活塞杆时保证各组活塞杆联动，优化设计是，活塞杆与活塞框架连接，活塞框架布置在活塞气缸外，拉索与活塞框架连接。这样，拉索拉动活塞框架，并可带动所有活塞杆同时位移。活塞框架可以是两个呈十字交叉的矩形框架。矩形框架一端连接活塞杆，另一端连接拉索。当耗能活塞装置包括至少一组活塞气缸与活塞杆时，活塞框架通过连接钢筋并联成一体后与拉索连接。与现有技术相比，本技术的有益效果是：(1)本专利技术提供了一种包括两级耗能结构的滚石防护系统，系统中两级耗能装置分别采用两种不同的能量消耗方式，能够根据滚石冲击发生的过程与运动特征分别有效地发挥耗能作用，提高了系统整体的耗能效率。(2)系统中两种耗能装置发挥耗能功能的作用原理与过程不同，两者相结合使得整体系统能够达到外形“松散”但内部“有机”的关系，提高了系统安装在不同滚石灾害点时可以根据地形条件合理科学规划各装置、部件位置从面提高系统整体效能的目标。(3)本专利技术棚洞结构简洁，主要部件均可依实际工况先期进行工厂标准化定制生产，再在现场根据不同防护对象与地形条件进行现场搭建组装，具有广泛适应性。同时，施工速度快，工程质量容易控制，劳动强度低，能在传统结构不易施工的在高山峡谷区应用，且便于抢险救灾。(4)本专利技术耗能式滚石防护系统为模块化生产安装，可实现对受损构件有针对性替换，极大的降低工程运行期的维护成本，解决了传统滚石防护系统不易修复维护，或者修复维护成本高的问题。附图说明图1是耗能式滚石防护系统结构示意图。图2是耗能面板结构示意图。图3是立柱剖面结构示意图。图4是耗能材料块单体结构示意图。图5是耗能活塞装置结构示意图。图6是耗能活塞装置结构顶面结构示意图(示单只活塞气缸)。附图中的数字标记分别是：1耗能板装置11耗能面板111金属栅格框架1111立柱11111中心钢性管11112外层钢性管11113中间钢性管112耗能材料块单体1121上、下层钢板1122耗能材料层12铰接架13拉索2耗能活塞装置21活塞杆22活塞气缸23活塞框架24连接钢筋25锚本文档来自技高网...

【技术保护点】
耗能式滚石防护系统，布置有滚石发生的山体坡面，其特征在于：包括两级耗能结构，第一级耗能结构是耗能板装置(1)，第二级耗能是耗能活塞装置(2)；所述耗能板装置(1)包括迎坡向布置的耗能面板(11)，耗能面板(11)通过铰接架(12)固定在滚石冲击区，所述耗能面板(11)是金属栅格框架(111)内填充耗能材料块单体(112)；耗能面板(11)通过拉索(13)与耗能活塞装置(2)的活塞杆(21)连接，耗能活塞装置(2)的活塞气缸(22)固定在非滚石冲击区，活塞气缸(22)有排气阀门。

【技术特征摘要】
1.耗能式滚石防护系统，布置有滚石发生的山体坡面，其特征在于：包括两级耗能结构，第一级耗能结构是耗能板装置(1)，第二级耗能是耗能活塞装置(2)；所述耗能板装置(1)包括迎坡向布置的耗能面板(11)，耗能面板(11)通过铰接架(12)固定在滚石冲击区，所述耗能面板(11)是金属栅格框架(111)内填充耗能材料块单体(112)；耗能面板(11)通过拉索(13)与耗能活塞装置(2)的活塞杆(21)连接，耗能活塞装置(2)的活塞气缸(22)固定在非滚石冲击区，活塞气缸(22)有排气阀门。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述耗能材料块单体(112)是夹心结构，包括上、下层钢板(1121)与中间耗能材料层(1122)。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述耗能材料层(1122)的耗能材料是发泡型耗能材料。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述金属栅格框架(111)通过立柱(1111)与铰接架(12)连接；所述立柱(1111)是灌浆钢管桩结构，包括中心钢性管(11111)与中心钢性管(11111)外套装...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴永，武旺明，何思明，王东坡，孙新坡，祝其丽，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51