[发明专利]一种用于边坡柔性防护系统的韧性复合缓冲器及其设计方法

权利要求书

1.一种用于边坡柔性防护系统的韧性复合缓冲器，其特征在于，包括：

支撑钢管(2)，两端分别固定在弹簧基座板(4)和拉锚板(5)上；

滑动板(3)，所述滑动板(3)上开有滑动板孔(13)，所述支撑钢管(2)穿过所述滑动板孔(13)从而将所述滑动板(3)滑动地套设在所述支撑钢管(2)上；

缓冲弹簧(1)，所述缓冲弹簧(1)套设在所述支撑钢管(2)上，两端分别与弹簧基座板(4)和滑动板(3)连接，并随滑动板(3)的左右滑动而沿支撑钢管(2)伸缩；

第一钢拉索(6)，所述第一钢拉索(6)一端穿过所述滑动板(3)并用金属绳锚(9)锚固在所述滑动板(3)上，所述第一钢拉索(6)的另一端连接至第一支撑绳(16)，所述第一支撑绳(16)受拉时经由第一钢拉索(6)带动滑动板(3)压缩缓冲弹簧(1)沿支撑钢管(2)滑动；

还包括：启动绳(8)，所述启动绳(8)两端固定在所述滑动板(3)和所述拉锚板(5)之间，其两端分别穿过所述滑动板(3)和所述拉锚板(5)并用金属绳锚(9)进行锚固；

还包括：第二钢拉索(7)；

所述第二钢拉索(7)穿过支撑钢管(2)并用金属绳锚(9)分别固定在弹簧基座板(4)和拉锚板(5)上，另一端连接在第二支撑绳(17)上；

滑动板(3)移动使缓冲弹簧(1)变形达到预设值时，启动绳(8)张紧，支撑钢管(2)受力从而实现复合耗能。

2.根据权利要求1所述的一种用于边坡柔性防护系统的韧性复合缓冲器，其特征在于，还包括：连接机制(11)，所述连接机制(11)由绳夹(15)夹持钢丝绳形成的半“8”字型而成；

连接机制(11)与卸扣(12)用于连接所述第一支撑绳(16)和所述第一钢拉索(6)；

连接机制(11)与卸扣(12)用于连接所述第二支撑绳(17)和所述第二钢拉索(7)。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于边坡柔性防护系统的韧性复合缓冲器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)确定支撑绳在正常工作能级的拉力F_sel，支撑绳在正常工作能级的拉力F_sel根据实验或者数值计算确定；

b)预设缓冲弹簧(1)的最大弹性变形量s；

c)初步设计并确定缓冲弹簧(1)数量m；

d)计算缓冲弹簧(1)钢筋直径d；

e)计算缓冲弹簧(1)中径D；

f)计算缓冲弹簧(1)圈数n；

g)确定缓冲弹簧(1)节距t；

h)计算缓冲弹簧(1)自由高度H₀；

i)确定启动绳(8)长度l；

j)确定支撑钢管高度h；

k)设计支撑钢管截面；

l)通过数值计算或实验检验 是否满足需求。

4.根据权利要求3所述的一种用于边坡柔性防护系统的韧性复合缓冲器的设计方法，其特征在于，缓冲弹簧(1)钢筋直径d由下式确定：

式中：K为曲度系数、F为缓冲弹簧(1)最大外荷载m为缓冲弹簧(1)个数、C为缓冲弹簧(1)旋绕比，查规范选取；[τ]为缓冲弹簧(1)钢材料试验切应，查规范确定。

5.根据权利要求3或4所述的一种用于边坡柔性防护系统的韧性复合缓冲器的设计方法，其特征在于，缓冲弹簧(1)中径D由下式计算：

D＝Cd。

6.根据权利要求3或4所述的一种用于边坡柔性防护系统的韧性复合缓冲器的设计方法，其特征在于，缓冲弹簧(1)圈数n由下式计算：

式中：G为缓冲弹簧(1)所用钢材的切变模量、s为缓冲弹簧(1)受力所产生的最大弹性变形量。

7.根据权利要求3或4所述的一种用于边坡柔性防护系统的韧性复合缓冲器的设计方法，其特征在于，缓冲弹簧(1)节距t由下式确定：

式中：δ₁为余隙，取δ₁＝0.1d。