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SNS防护系统的分类及其防护原理(三)落石拦截系统

| 更新时间:2014.03.11    查看次数:3169

SNS防护系统的分类及其防护原理(三)落石拦截系统


  落石拦截系统是将以钢丝绳网或环形网为主要构件的柔性栅栏设置于斜坡上一定位置处,用于拦截斜坡上的滚落石(或落物)以避免其破坏拟保护对象的一种坡面防护工艺,通常也称为被动防护网或拦石网。

1、落石拦截系统分类

  目前常用的落石拦截系统有三种类型19种产品见表1.3防护能级涵盖150~5 000 kj,其主要构成形式也有较大的差别。



2. 统的结构形式及防护原理

  落石拦截系统是由拦截网、固定系统、消能缓冲元件和钢柱四个主要部分构成,其中拦截网部分包括主要的抗冲击结构钢丝绳网、环形网以及拦截小块落石的铁丝格栅、固定系统部分包含锚杆、拉锚绳、基座和支撑绳。拉锚绳是连接于钢柱顶部与钢丝绳锚杆间的钢丝绳,根据其位置和作用的不同分为上拉锚绳、下拉锚绳、侧拉锚绳和中间加固拉锚绳。最常见的消能缓冲元件是减压环,它是穿挂于被动网支撑绳和上拉锚绳上的由特殊材质的钢臂弯制加工而成的环状构件,当支撑绳和上拉销绳所受拉力达到设定值时,它通过发生变形位移来吸收能进并增加系统的缓冲行程,避免其他构件发生破坏,对系统起到过载保护作用。钢柱是由工字钢或H型钢加工而成的对被动网起直立支持作用的构件。系统的柔性主要来自于柔性网、支撑绳扣减压环等结构,且钢位与基座间亦采用可动铰连接以确保整个系统的柔性匹配。


  当落石冲击拦石网时,所产生的荷载通过网的缓冲首先得以部分消散,而网片在受冲击发生位移变形时将拉动整个系统参与受力,一部分荷载在本跨内通过缝合绳、支撑纯向钢柱、拉锚绳进行传递和消减,另一部分荷载通过防护网向两侧相邻的结构逐次传递,从而调动其他跨的消能结构共同参与受力,并最终将全部的剩余荷载传到稳定地层,从落石能是传递和消诚的过程不难看出,落石冲击荷载在被动防护系统传递过程中型经过不断的消减,最终传递到锚杆及钢柱基础上的剩余荷载巳衰减到很小,因而落石拦截系统在设计使用时对锚杆和基础设计的力学性能要求并不太高。


  由于在落石拦截过程中系统的加载途径由具有不同荷载消散能力的多种部件构成,这些部件的消能能力之和就成为该防护网最大的能量吸收能力,也就是该防护网的防护能级。
  

   根据运动学得动量定理F·t=m·Δν可知,当落石与拦截结构发生接触碰撞时,因为刚性拦截结构允许变形小,相互碰撞作用时间短,必然产生较大的冲击荷载。相反,由于落石拦截系统具有明显的柔性,在同等碰撞条件下,其允许变形大、缓冲作用时间长,所发生的冲击力必然较小,这就充分发挥了“以柔克刚”的结构特性,因此,它能有效拦截高能量的大块落石并实现结构的轻型化。


     另外,根据能量守恒定律ΔE=ΔE可知,当落石高速冲击防护网时,落石的动能是非常大的,而防护网要对其实施有效拦截,就必须将其运动阻带下来并兜在防护网中,这就需要落石拦截系统完全消解落石运动时所具有的动能。从落石拦截系统能量的传递消解过程来看,系统的消能过程可分几个部分:一是系统采用全金属的构件拼装而成,金属材料在受外力作用时会发生一定弹性变形,材料分子空间排列组合的变化会吸收一部分能量;二是系统结构的复杂性使得系统在受冲击时各部件之间会发生很大的摩擦作用,这也会消散一部分能量;三是系统结构中专门的消能元件如减压环等,将会起到主要的消能作用;四是在上述三种能量消解方式都不能有效消散落石的全部动能时,系统主要构件会发生塑性变形,从而吸收很大的能量,但这会导致系统严重受损变形或破坏。

                                                                  
摘自《SNS边坡柔性安全防护系统工程应用》