【技术实现步骤摘要】
本专利涉及公铁路棚洞保护，具体涉及一种具有缓冲吸能性能的轻量化组合棚洞保护垫层。
技术介绍
1、在云南这类山地较多的地区，公、铁路有大部分路段均为依山而建，针对地形自然横坡较陡的区域，外侧没有足够的场地设置外墙及基础来确保其稳定，需要构筑棚式明洞（简称棚洞），来保护路面、路基以及通行交通安全，免受地质灾害造成的落石、滚石、泥石流等影响。但由于滚、落石的随机性和复杂性，棚洞本身往往也会遭受破坏。为减小这类门式棚洞自身结构受损，诸多学者和工程专家提出使用一些缓冲吸能材料作为垫层，布设于棚洞顶部，来应对滚、落石的冲击。其中，铺设砂土垫层就属于传统上经常使用的一种方法，通过铺设较大厚度的砂土垫层来达到缓冲效果，导致整体结构上部恒载大，增加了结构承重，不利于棚洞稳定性，另外需要增大基础来承重，对于地形苛刻、地基要求高的区域，构筑重基础难以实现。为解决此问题，尽管引入了一些诸如聚苯乙烯泡沫（eps，下文统一称eps）作为缓冲垫层，但一方面有学者发现eps不如聚乙烯发泡棉（epe，下文统一称epe）的缓冲性能好，另一方面，eps、epe在受冲击过程中，特别是低速冲击，往往以弹性变形为主，忽略塑形变形才是吸收落石动能的关键。同时，现有垫层的固定方式往往局限在工程已有的方式。因此研制一种具有弹塑性缓冲吸能效果的轻量化组合棚洞保护垫层，并且设计出更多的组合方案和方法，来解决以上问题。
技术实现思路
1、本专利技术主要针对现有eps或epe垫层以弹性变形为主，但吸能效果不佳的问题，同时兼具轻量化的初衷，
2、一方面，在冲击荷载作用下，特别是低速冲击，对于橡胶这类超弹性体以及eps、epe这类以弹性变形为主的材料，实际上，绝大多数情况是一个吸能（冲击动能转换为弹性应变能）-放能（弹性应变能释放转化给冲击体为动能），是个可逆过程，类似于单轴弹簧振子，确实能实现延长荷载作用时间，但此时落石的动能并没有彻底耗散掉，只是储存在垫层中，其回弹后还会发生二次冲击。因此，应当结合以塑性变形为主、屈服应力平台较长的材料作为吸能结构，把能量耗散集中在第一次冲击中，进一步缓解冲击荷载对棚洞造成的撞击和振动。
3、针对该问题，具体通过将epe层和af层进行组合，形成组合棚洞保护垫层，将af作为塑性吸能层，该材料因其轻质高强和减震吸能的特性被广泛应用于航天航空、军事防护、汽车防撞等领域。同时，又发挥epe材料作为弹性缓冲层的功效，形成兼具“弹性缓冲+塑性吸能”的梯度功能结构垫层。一种轻量化组合棚洞保护垫层，其特征在于：
4、所述的轻量化组合棚洞保护垫层包括epe层(2)和af层(3),以及二者的组合方法，垫层总厚度控制在40cm到100cm之间。
5、所述的epe层(2)为聚乙烯发泡棉层，所述的af层(3)为泡沫铝层。
6、所述的组合方法包括螺栓固定的多层交叉叠层和无需螺栓固定的榫卯式连接。
7、所述的螺栓固定的多层交叉叠层是将epe层(2)和af层(3)按照1:1至5:1的厚度比进行多层交叉叠层，并使用螺栓(6)，贯穿垫层四个角使其固定在棚洞主体结构(1)的顶板上，再进行覆土层(4)作业。
8、所述的榫卯式连接是将epe层(2)和af层(3)按照a和b两种形式榫卯式连接，epe层(2)和af层(3)的厚度比可在2:1至5:1范围进行设置，该方法需要将棚洞顶板四周做女儿墙(5)，将垫层放置其中，再进行覆土层(4)作业。
9、所述的a形式榫卯式连接是将epe层(2)和af层(3)的连接面加工成梯形榫卯，梯形的下底角为45°，梯形高等于af层(3)厚度。
10、所述的b形式榫卯式连接是将epe层(2)和af层(3)的连接面加工成3/4圆形榫卯，即圆形的周长为3/4个圆，圆心角为270°，圆形半径与af层(3)的厚度比值控制在1:1至1:4。
11、相比传统垫层和目前工程使用的垫层设置，本专利技术的创新之处在于：
12、（1）epe和af均为多孔多胞材料，本身在密度很低，质量很轻的前提条件下，兼具良好的缓冲吸能的特性。
13、（2）将epe层和af层进行组合，使整个垫层兼具“弹性缓冲+塑性吸能”特性。
14、（3）将epe层和af层的组合方式进行优化，提供两种可行方案进行选择，一方面尽可能的使其成为具有梯度功能的结构层，从冲击动力学和材料变形吸能特性角度出发，更能激发其缓冲吸能特性，另一方面，使其成为有机整体，在受落石冲击的过程中，紧密协同地进行缓冲吸能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种轻量化组合棚洞保护垫层，其特征在于：所述的轻量化组合棚洞保护垫层包括EPE层(2)和AF层(3),以及二者的组合方法，垫层总厚度控制在40cm到100cm之间。
2.根据权利要求1所述的EPE层(2)为聚乙烯发泡棉层，所述的AF层(3)为泡沫铝层。
3.根据权利要求1所述的组合方法包括螺栓固定的多层交叉叠层和无需螺栓固定的榫卯式连接。
4.根据权利要求3所述的螺栓固定的多层交叉叠层是将EPE层(2)和AF层(3)按照1:1至5:1的厚度比进行多层交叉叠层，并使用螺栓(6)，贯穿垫层四个角使其固定在棚洞主体结构(1)的顶板上，再进行覆土层(4)作业。
5.根据权利要求3所述的榫卯式连接是将EPE层(2)和AF层(3)按照A和B两种形式榫卯式连接，EPE层(2)和AF层(3)的厚度比可在2:1至5:1范围进行设置，该方法需要将棚洞顶板四周做女儿墙(5)，将垫层放置其中，再进行覆土层(4)作业。
6.根据权利要求5所述的A形式榫卯式连接是将EPE层(2)和AF层(3)的连接面加工成梯形榫卯，梯形的下底角为45°，梯形高
7.根据权利要求5所述的B形式榫卯式连接是将EPE层(2)和AF层(3)的连接面加工成3/4圆形榫卯，即圆形的周长为3/4个圆，圆心角为270°，圆形半径与AF层(3)的厚度比值控制在1:1至1:4。
...【技术特征摘要】
1.一种轻量化组合棚洞保护垫层，其特征在于：所述的轻量化组合棚洞保护垫层包括epe层(2)和af层(3),以及二者的组合方法，垫层总厚度控制在40cm到100cm之间。
2.根据权利要求1所述的epe层(2)为聚乙烯发泡棉层，所述的af层(3)为泡沫铝层。
3.根据权利要求1所述的组合方法包括螺栓固定的多层交叉叠层和无需螺栓固定的榫卯式连接。
4.根据权利要求3所述的螺栓固定的多层交叉叠层是将epe层(2)和af层(3)按照1:1至5:1的厚度比进行多层交叉叠层，并使用螺栓(6)，贯穿垫层四个角使其固定在棚洞主体结构(1)的顶板上，再进行覆土层(4)作业。
5....
【专利技术属性】
技术研发人员：罗伟铭，陈迪，蒋建波，吴长旭，范智东，
申请(专利权)人：大理大学，
类型：发明
国别省市：
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