一种穿孔式屈服型耗能器制造技术

本申请涉及一种穿孔式屈服型耗能器的设计方法，包括带孔金属盘、夹具、保护绳与连接结构，金属盘带有螺旋分布的贯穿小孔，形成预设撕裂路径，金属盘两端预留孔洞与柔性防护系统的钢丝绳可拆卸式连接，保护绳通过连接结构与钢丝绳连接。当柔性防护系统受到冲击时，金属盘沿着穿孔路径撕裂，形成两个拉伸臂，并沿相反的方向延伸，通过钢的屈服变形达到缓冲和耗能的目的。本发明专利技术将钢的变形和脆性制动性能结合到模块化耗能器上，可根据实际耗能需求设计耗能器的个数进行装配，通过调整特性响应曲线，优化边坡柔性防护系统中组件之间的相互作用。本发明专利技术所述的耗能器设计合理，耗能机制明确，可组合使用，有效地提高防护系统的耗能能力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种穿孔式屈服型耗能器


[0001]本专利技术涉及一种穿孔式屈服型耗能器的设计方法，属于边坡地质灾害防护领域。

技术介绍

[0002]随着现代基础设施、交通设施和山地景区面临崩塌、落石、滑坡、泥石流等灾害的威胁日益增加，柔性防护系统逐渐发展成为最有效的防护措施之一。柔性防护系统由支撑柱、柔性金属拦截网、耗能器、拉锚系统组成，防护系统受到冲击时通过网环变形、拉锚系统张紧、耗能器工作从而耗散冲击能量、延长冲击时间并减小冲击力。落石防护系统中早期使用的是摩擦型耗能装置，其由钢丝绳索通过索夹组装而成，落石的冲击能量被移动绳索之间的摩擦所消耗，典型的实例如中国专利CN201520922570.6，一种边坡柔性防护系统中的新型穿孔式摩擦型耗能器，公开了一种边坡柔性防护系统中的新型穿孔式摩擦型耗能器，包括钢丝绳、带孔金属板、夹具和限位装置，其中，钢丝绳通过多次穿绕带孔金属板上的孔洞与带孔金属板连接，由于钢丝绳与带孔金属板的孔洞及表面存在摩擦力，当钢丝绳相对于带孔金属板滑动时便形成了摩擦型的耗能机制。此种形式的耗能器依靠摩擦力进行耗能，天然存在耗能能力不足的问题。
[0003]现有技术中的另一种耗能器是变形型耗能器，其是借助钢弹簧、杆或型材的变形来耗散能量。这种类型的耗能器比早期的基于摩擦的耗能器表现出更好的性能和效率，可以通过选择使用的材料来调节制动距离和启动力。变形型耗能器的耗能能力有所提高，但由于结构复杂，安装合更换都很不方便，很难在现有结构的基础上进行优化以大幅度提升其耗能能力。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种穿孔式屈服型耗能器及其设计方法，在较小能级累次冲击作用下不用频繁更换耗能器、在受到较大能级冲击作用下可增加耗能器装配个数来为系统提供充足的耗能能力、同时能为系统提供较好的缓冲。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所述耗能器采用的技术方案如下：
[0006]一种穿孔式屈服型耗能器，包括：金属盘、保护绳与连接结构，其中，
[0007]金属盘上设置有沿预设撕裂路径分布的贯穿小孔，两端设有伸出部，使得所述伸出部受力达到预设值时，所述金属盘沿所述预设撕裂路径撕裂而形成系统的耗能机制；金属盘两端与柔性防护系统的钢丝绳可拆卸式连接，保护绳通过卸扣与钢丝绳连接；
[0008]所述耗能机制包括：在工作状态，所述金属盘沿着预设撕裂路径撕裂，从而使得金属盘形成两个拉伸臂，两个所述拉伸臂沿相反的方向延伸，经过弯曲状态变为拉直状态，完全撕裂后，圆盘变成条状，通过钢的屈服变形来耗能。
[0009]进一步地，所述金属盘为多个，多个所述金属盘并联或串联使用。
[0010]进一步地，所述带孔金属盘由钢材制成，贯穿小孔沿由中心向外的螺旋线分布，金属盘的端部设有用于与钢丝绳可拆卸式连接的连接孔。
[0011]进一步地，所述柔性防护系统钢丝绳通过夹具形成绳套，所述绳套通过卸扣与带孔金属盘的连接孔可拆卸式连接。
[0012]进一步地，所述金属盘的外缘设有V形切口，所述V形切口与所述预设撕裂路径在同一条螺旋线上。
[0013]另一方面，本申请请求保护根据前述之一所述的一种穿孔式屈服型耗能器的设计方法，包括如下步骤：
[0014]根据防护结构中钢丝绳的允许滑移长度和空间、防护结构的防护需求，确定金属盘的拉伸长度S1、圈数、内直径、耗能；
[0015]根据金属盘的拉伸长度S1计算保护绳长度；
[0016]根据金属盘的拉伸长度S1计算金属盘的外直径；
[0017]确定金属盘穿孔直径；
[0018]根据耗能需求和金属盘的拉伸长度S1计算耗能器的平均工作拉力；
[0019]根据耗能器的平均工作拉力计算设计金属盘截面高度及穿孔间距；
[0020]根据耗能器的平均工作拉力和金属盘截面尺寸计算设计金属盘伸出部；
[0021]通过数值仿真计算或实验检验耗能器是否满足使用需求。
[0022]进一步地，所述金属盘的拉伸长度S1为冲击时柔性防护系统中耗能器连接的钢丝绳可允许的最大滑移量。
[0023]进一步地，所述保护绳长度l通过下式确定：
[0024]l＝1.1S1[0025]进一步地，所述金属盘的外直径D2通过下式确定：
[0026][0027][0028]式中：L是金属盘单臂的展开长度，D1是金属盘的内直径，D2是金属盘的外直径，n是金属盘单臂的螺旋圈数，θ是螺旋线圈数对应的旋转角度，令θ＝n
·
2π。
[0029]进一步地，所述耗能器的平均工作拉力由下式确定：
[0030][0031]式中：F
w
是耗能器的平均工作拉力，E
e
是耗能器整体耗能值，S1是金属盘的拉伸长度。
[0032]进一步地，所述金属盘穿孔间距由下式确定：
[0033][0034]式中：H是金属盘厚度，t是金属盘穿孔间距，F
s
是金属盘的启动力，取F
s
等于F
w
，f
y
是金属盘屈服强度设计值。
[0035]进一步地，所述金属盘伸出端留有连接孔，其直径和位置由下式确定：
[0036][0037][0038]式中：d1为连接孔的直径，d2为金属盘伸出部直径,f2为金属盘的抗拉强度，L2为连接孔边缘与金属盘伸出部端面的距离，令f
v1
为金属盘抗剪强度设计值。
[0039]本专利技术有效益效果如下：
[0040]本专利技术的穿孔式屈服型耗能器设计合理，耗能机制明确，可通过调整金属盘的截面尺寸、预设孔的直径，预设孔的间距有效地针对耗能需求进行计算设计。
[0041]本专利技术所述耗能器结构简单、轻便，安装、拆卸和维护十分方便。
[0042]本专利技术所述耗能器在柔性防护系统受到较小能级累次冲击作用时不用频繁更换耗能器。本专利技术所述耗能器不仅可以单独使用，还可以组合使用，并联组合使用时可大幅度地提高其耗能能力，串联组合使用时增大耗能器的拉伸长度。本专利技术具有实质性特点和进步，拥有十分广泛的市场应用前景，非常适合推广应用。
附图说明
[0043]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0044]图1为本专利技术一种穿孔式屈服型耗能器的设计流程图。
[0045]图2为本专利技术一种穿孔式屈服型耗能器的结构示意图。
[0046]图3为本专利技术一种穿孔式屈服型耗能器的金属盘的示意图。
[0047]图4为本专利技术一种穿孔式屈服型耗能器的连接结构示意图。
[0048]图5为本专利技术一种穿孔式屈服型耗能器的正视图。
[0049]图6为本专利技术一种穿孔式屈服型耗能器的设计标识示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种穿孔式屈服型耗能器，其特征在于，包括：金属盘(1)、保护绳(5)与连接结构(6)，其中，金属盘(1)上设置有沿预设撕裂路径分布的贯穿小孔(3)，两端设有伸出部，使得所述伸出部受力达到预设值时，所述金属盘(1)沿所述预设撕裂路径撕裂而形成系统的耗能机制；金属盘(1)两端与柔性防护系统的钢丝绳(7)可拆卸式连接，保护绳(5)通过卸扣(6)与钢丝绳(7)连接；所述耗能机制包括：在工作状态，所述金属盘(1)沿着预设撕裂路径撕裂，从而使得金属盘(1)形成两个拉伸臂，两个所述拉伸臂沿相反的方向延伸，经过弯曲状态变为拉直状态，完全撕裂后，圆盘变成条状，通过钢的屈服变形来耗能。2.根据权利要求1所述的一种穿孔式屈服型耗能器，其缓冲器特征在于，所述金属盘(1)为多个，多个所述金属盘(1)并联或串联使用。3.根据权利要求1或2所述的一种穿孔式屈服型耗能器，其特征在于，所述带孔金属盘(1)由钢材制成，贯穿小孔(3)沿由中心向外的螺旋线分布，金属盘的端部设有用于与钢丝绳可拆卸式连接的连接孔(4)。4.根据权利要求1或2所述的一种穿孔式屈服型耗能器，其特征在于，所述柔性防护系统钢丝绳(7)通过夹具(8)形成绳套(9)，所述绳套(9)通过卸扣(6)与带孔金属盘(1)的连接孔(4)可拆卸式连接。5.根据权利要求1或2所述的一种穿孔式屈服型耗能器，其特征在于，所述金属盘(1)的外缘设有V形切口，所述V形切口与所述预设撕裂路径在同一条螺旋线上。6.根据权利要求1
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5之一所述的一种穿孔式屈服型耗能器的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：根据防护结构中钢丝绳的允许滑移长度和空间、防护结构的防护需求，确定金属盘(1)的拉伸长度S1、圈数、内直径、耗能；根据金属盘的拉伸长度S1计算保护绳长度；根据金属盘的拉伸长度S1计算金属盘的外直径；确定金属盘穿孔直径；根据耗能需求和金属盘的拉伸长度S1计算耗能器的平均工作拉力；根据耗能器的平均工作拉力计算设计金属盘截面高度及穿孔间距；...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐欣，余志祥，郝超然，赵雷，许浒，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：