[发明专利]一种崩塌落石防护能量耗散拦挡系统

权利要求书

1.一种崩塌落石防护能量耗散拦挡系统，包括两个间隔固定于山体的基座，所述基座上均连接有支撑柱，两所述支撑柱之间连接有拦挡网；第一侧拉锚绳、第二侧拉锚绳的上端均固定于所述支撑柱上端，第一侧拉锚绳、第二侧拉锚绳的下端分别固定于位于相应支撑柱外侧及内侧的山体；其特征在于：

该系统还包括第一支撑绳、第二支撑绳、第三支撑绳、第一弹簧式耗能器、第二弹簧式耗能器、摩擦式耗能器、局部破坏式耗能器及局部变形式耗能器；

所述第一支撑绳、第二支撑绳与第三支撑绳均设在拦挡网的内侧；所述第一支撑绳的数量为两根，两根所述第一支撑绳分别平行固定在两所述支撑柱的上端及下端，且两所述第一支撑绳分别连接于拦挡网的上端及下端；所述第二支撑绳的数量为至少三根，且各第二支撑绳分别固定在两所述支撑柱之间并由上至下依次设于两所述第一支撑绳之间；所述第三支撑绳的数量为两根，两根所述第三支撑绳以“X”型交叉固定在两所述支撑柱之间，且同一所述第三支撑绳分别固定在一支撑柱的上端及另一支撑柱的下端；

所述第一弹簧式耗能器包括第一减振弹簧，所述第一减振弹簧的下端固定在基座顶部，所述支撑柱的底端穿过第一减振弹簧并铰接在基座顶部；

所述第二弹簧式耗能器包括第二减振弹簧，所述第一侧拉锚绳为分段结构且第二减振弹簧的上下两端分别连接于第一侧拉锚绳的两断裂端；

所述摩擦式耗能器包括外护管及两块滑动设在外护管内的内滑板，两所述内滑板相对的表面设有相配合的摩擦齿；所述第一支撑绳为分段结构且两内滑板上相远离的一端分别连接于第一支撑绳的两断裂端；

所述局部破坏式耗能器包括一空心结构且呈“U”形的主管体，所述主管体凹陷部分的侧壁之间固定连接有弹性索条，所述第二支撑绳从主管体的内腔穿过；

所述局部变形式耗能器包括形变条，所述形变条由塑性金属条弯曲折叠制成并具有多段首尾相接的“V”形段，所述第三支撑绳为分段结构且形变条的两端分别连接于第三支撑绳的两断裂端；

该系统对应的设计方法包括以下步骤：

S1、预测落石运动轨迹和冲击能量；根据落石所在区域落石发育历史和地形条件，结合落石运动分析软件，预测落石运动轨迹和运动速度，得到不同位置落石的冲击能量，即

S2、确定能量耗散拦挡系统的布置位置和拦挡网的高度；

S3、通过准静态试验或者动态试验对各类型耗能器的性能进行表征；该步骤又包括：

S31、分别对各耗能器进行准静态试验或者动态试验获取荷载-位移曲线；

S32、分析荷载-位移曲线，将其划分为弹性变形启动阶段、能量耗散拦挡作用阶段以及硬化收紧阶段，由此获得激活点A处的启动荷载FA、硬化点B处的荷载FB和点C处对应的荷载FC，以及各阶段的位移δ_A、δ_B和δ_C；

S33、由以下公式确定系统中各类耗能器的耗能能力：

对于弹簧式耗能器单位伸长量所耗散的能量：

对于摩擦式耗能器、局部变形式耗能器以及局部破坏式耗能器，其单位伸长量所耗散的能量：

其中，δ_max表示准静态试验中耗能器的最大伸长量；

S4、初步确定各类型耗能器的配置方案，并通过缩尺冲击试验结合理论方法以检验系统对落石冲击动能的吸收和耗散能力；该步骤又包括：

S41、根据各类型耗能器件试验所得荷载-位移数据，初步确定各类型耗能器的配置方案：弹簧式耗能器设置为n1个、摩擦式耗能器设置为n2个、局部变形式耗能器设置为n3个、局部破坏式耗能器设置为n4个；

S42、依据拦挡系统现有配置方案进行缩尺冲击试验，以拦挡网不破坏、各支撑绳不断裂且各耗能器保持完整性为基准确定各耗能器的伸长量δ；

S43、由以下公式确定系统中各类耗能器的耗能能力：

对于弹簧式耗能所耗散的能量：

对于摩擦式耗能器所耗散的能量：

对于局部变形式耗能器所耗散的能量：

对于局部破坏式耗能器所耗散的能量：

其中，δ_max,1、δ_max,2、δ_max,3和δ_max,4分别表示准静态试验中各类耗能器的最大伸长量，δ_s、δ_f、δ_d和δ_p则分别表示各类型耗能器在落石冲击过程中所发生的伸长量；

S44、计算系统的总耗能，即：E_abs＝E_spr+E_f+E_pd+E_pf；

如果则应对各耗能器件重新配置，并进行缩比冲击试验，并进行系统总耗能和落石冲击能得比较；直到满足此时的耗能器件配置方案即为最终设计方案。