[发明专利]一种基于能级适配的柔性防护网系统静力加载系数设计法

说明书

本发明公开了一种基于能级适配的柔性防护网系统静力加载系数设计法。该方法包括以下几个关键步骤：确定落石被动柔性防护网系统的冲击力分布模式；建立计算模型；施加初始冲击力；设置加载系数；进行静力非线性计算；判断落石被动柔性防护网系统内能达到防护能级；进行落石被动柔性防护网系统构件的内力验算；进行落石被动柔性防护网系统的构造设计。本发明所述静力加载系数设计法大幅降低了落石被动柔性防护系统的设计难度，可代替复杂的动力计算作为工程设计方法。

技术领域

本发明涉及一种基于能级适配的柔性防护网系统静力加载系数设计法，属于边坡地质灾害防护领域。

背景技术

落石灾害是土木工程领域所面临的最为严重的坡面地质灾害之一。落石被动柔性防护系统因其防护能级高、安装便捷、环保性能好等优势已在崩塌落石灾害的防治中获得大量应用，并取得了显著成效。由于落石被动柔性防护系统在遭受落石冲击过程中具有高度几何非线性、材料非线性、接触非线性以及冲击大变形的特征，理论计算分析难度大，工程应用上主要采用足尺冲击试验对系统的性能进行检验，但是成本高、周期长，且未能结合具体工点特征进行单独设计，这对落石被动柔性防护系统工程应用的可靠性造成隐患。数值计算虽然能够一定程度上克服足尺冲击试验的上述不足，但现有技术中，相关科研人员往往采用建模难度大、理论基础要求高的显式动力方法进行计算分析，具有较大的使用门槛，普及难度大，不能普遍适用于广大的一线工程设计人员。因此，亟需一种广大一线工程设计人员能快速掌握的可靠的、简化的工程设计方法，提高落石被动柔性防护网系统工程应用的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于能级适配的柔性防护网系统静力加载系数设计法，主要解决广大的一线工程设计人员尚无适用的工程设计方法的难题，提高落石被动柔性防护网系统工程应用的可靠性。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现，包括如下步骤：

一种基于能级适配的柔性防护网系统静力加载系数设计法，包括如下步骤：

步骤一：确定落石被动柔性防护网系统的冲击力分布模式

根据落石被动柔性防护网系统的防护能级E_d确定冲击力分布范围；

根据落石被动柔性防护网系统的防护能级E_d确定冲击力分布范围内冲击力分布模式，即冲击力在分布范围内不同位置的相对大小；

步骤二：建立计算模型

建立落石被动柔性防护网系统整体计算模型，定义柔性防护网系统的材料参数、截面尺寸和边界条件；

步骤三：在计算模型中施加落石冲击力并进行静力非线性计算

根据冲击力分布模式，在计算模型中施加初始冲击力F；

定义加载系数λ；

对落石被动柔性防护网系统模型施加F×λ荷载，并进行荷载作用下的静力非线性计算；

监测不同荷载步条件下落石被动柔性防护网系统的应变能E_s，当E_s≥E_d时，落石冲击荷载施加完成；

步骤四：进行落石被动柔性防护网系统构件的内力验算

提取各部件的峰值内力，进行构件验算，当未能满足要求时，进行系统配置调整；

步骤五：进行落石被动柔性防护网系统的构造设计。

进一步地，根据防护能级Ed，确定整体冲击试验所要求的落锤特征尺寸L。