[发明专利]棚洞减震器及其设计方法

说明书

本发明公开了一种棚洞减震器及其设计方法，棚洞减震器包括两端开口的金属管和采用抗冲击防护材料制成的内衬体，所述金属管的侧壁被配置呈波纹状；所述内衬体放置于所述金属管内，且所述内衬体的高度低于金属管的高度，其所有侧壁与金属管内壁之间均具有一间隙；所述金属管的上下端面设置有将内衬体封装于金属管内的金属支撑板。棚洞减震器设计方法包括计算金属管的直径金属管每段波纹弧长的半径计算金属管每段波纹弧长所对应的圆心角和金属管的高度H₁＝1.5D₁及计算内衬体的高度H₂＝1.5D₁‑b和直径D₂＝D₁‑2R_in。

技术领域

本发明涉及放置于滚石防护棚洞顶板下的减震装置，具体涉及一种棚洞减震器及其设计方法。

背景技术

棚洞工程作为一种有效的滚石防护措施被广泛应用于山区公路滚石防护。传统的棚洞结构在上部覆盖一定厚度的砂砾石垫层来吸收滚石冲击能量，但其存在一定的缺陷。首先，棚洞本身的混凝土结构及其顶板上部覆盖的砂砾石缓冲垫层，导致整体棚洞结构的自重较大，进而使得施工成本大大提高并要求更高的地基承载力。其次，当有滚石冲击到这类棚洞顶部之后，清理工作很难进行，长此以往垫层的耗能效果将大大削弱，若是由于冲击造成结构损伤，那么修复工作将更加困难。另外目前在国内，很多的棚洞工程由于工程地质条件或是建设成本的限制，没有设置砂砾石垫层作为缓冲，棚洞被滚石砸坏甚至砸穿的事例屡见不鲜。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的棚洞减震器及其设计方法解决了现有棚洞抗冲击性能差的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种棚洞减震器，其包括两端开口的金属管和采用抗冲击防护材料制成的内衬体，金属管的侧壁被配置呈波纹状；内衬体放置于金属管内，且内衬体的高度低于金属管的高度，其所有侧壁与金属管内壁之间均具有一间隙；金属管的上下端面设置有将内衬体封装于金属管内的金属支撑板。

进一步地，金属管每段向内凹陷的波纹弧长和向外凸起的波纹弧长的半径均相等。

进一步地，金属管的直径为σ₀为金属管的屈服应力；t为金属管的壁厚；K为修正系数；P_y为金属管的初始屈服载荷；金属管每段波纹弧长的半径为a为常数，其取值为0.4～0.7；金属管每段波纹弧长所对应的圆心角为m为金属管的偏心率因子；金属管的高度为H₁＝1.5D₁。

进一步地，内衬体为圆柱体，抗冲击防护材料为泡沫铝；内衬体的高度为H₂＝1.5D₁-b，b为金属管出现第一个叠缩时的轴向压缩量；内衬体的直径为D₂＝D₁-2R_in，Rin为金属管压缩后的内半径。

第二方面，提供一种棚洞减震器的设计方法，其包括以下步骤：

获取棚洞所在路面的最大路面支座反力和棚洞板的重量，并采用最大路面支座反力和棚洞板的重量计算金属管的初始屈服载荷；

根据金属管的初始屈服载荷，计算金属管的直径：

其中，σ₀为金属管的屈服应力；t为金属管的壁厚；D₁为金属管的直径；K为修正系数；P_y为金属管的初始屈服载荷；

计算金属管每段波纹弧长的半径：

其中，a为常数，其取值为0.4～0.7；