被動(dòng)型SNS柔性防護系統:該系統是一種能攔截和堆存落石的柔性攔石網(wǎng),其主要技術(shù)基礎背景和功能特點(diǎn)如下:
1、與傳統攔擋結構的主要差別在于系統的柔性和強度足以吸收和分散傳遞預計的落石沖擊動(dòng)能,即從觀(guān)念上一改傳統的剛性或低強度低柔性結構為高強度柔性結構來(lái)實(shí)現系統防護功能的有效。
2、以落石所具有的沖擊動(dòng)能這一綜合參數作為最主要的設計參數,避開(kāi)了傳統結構設計中以荷載作為主要設計參數時(shí)所存在的沖擊動(dòng)荷載難以確定的問(wèn)題,實(shí)現了結構的定量設計,已開(kāi)發(fā)完善了足以適應各種常見(jiàn)形式和規模崩塌落石的不同標準化形式。
3、系統產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和定型以大量的現場(chǎng)試驗為基礎,并由此實(shí)現了系統各構成部件的標準化均衡設計,它能在系統的設計能力范圍內安全地吸收落石的動(dòng)能并將其轉變?yōu)橄到y的變形能而加以消散,且這種功能基本上與落石在網(wǎng)上的沖擊點(diǎn)位置無(wú)關(guān),給系統的設計選型和標準化帶來(lái)了極大的方便。
4、在設計上不僅考慮了易于安裝,同時(shí)還考慮了在象懸崖這樣的惡劣地形條件下能實(shí)現這種安裝,即用最少量的錨固和最少量的開(kāi)挖來(lái)實(shí)現最快速簡(jiǎn)便的施工安裝。
5、為適應建筑業(yè)的工廠(chǎng)化發(fā)展趨勢,系統部件全部實(shí)行標準化的工廠(chǎng)生產(chǎn),現場(chǎng)施工除少量的以錨桿安裝為主的基礎施工外,主要為積木式的裝配作業(yè),施工安裝和維修人員僅需要少量常規簡(jiǎn)單機具即可進(jìn)行系統的安裝、維修和部件更換。
6、系統的結構和基礎形式簡(jiǎn)單化,并以?xún)筛撝g的一跨為單元連續布置,使其對各種復雜地形具有極強的適應性。
整個(gè)系統由鋼絲繩網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)(需攔截小塊落石時(shí)附加一層鐵絲格柵)、固定系統(錨桿、攔錨繩、基座和支撐繩)、減壓環(huán)和鋼柱四個(gè)主要部分構成,系統的柔性主要來(lái)自于鋼絲繩網(wǎng)、支撐繩和減壓環(huán)等結構,且鋼柱與基座間亦采用可動(dòng)鉸聯(lián)結以確保整個(gè)系統的柔性匹配。
鋼絲繩網(wǎng)
鋼絲繩網(wǎng)是系統(RX型)的主要特征構成形式之一,且往往是遭受沖擊的第一部分,它必須將來(lái)自于落石的沖擊荷載傳遞到支撐繩、拉錨繩等部件上,并最終傳給錨桿。由于鋼絲繩網(wǎng)具有非常高的強度和彈性?xún)饶芪漳芰,只要對落石特征進(jìn)行了正確的分析并進(jìn)行了正確的系統設計選型,在大多數情況下它是無(wú)需維護的。采用菱形鋼絲繩網(wǎng)的攔石網(wǎng)能夠攔截最高動(dòng)能為750kJ的落石,更高能級的系統則采用環(huán)形網(wǎng)形式。
ROCCO環(huán)形網(wǎng)
由于鋼絲繩網(wǎng)形式的攔石網(wǎng)能級有限,已開(kāi)發(fā)成功了在落石沖擊過(guò)程中能發(fā)生自身幾何形態(tài)改變、具有更為突出柔性特征的環(huán)形網(wǎng)來(lái)取代鋼絲繩網(wǎng),以此為基礎的攔石網(wǎng)能夠實(shí)現3000kJ以上的落石攔截,并能進(jìn)一步簡(jiǎn)化結構形式(如支撐繩和減壓環(huán)的配置)、方便局部受損后的維護修復,已經(jīng)成為一種替代鋼絲繩網(wǎng)系統的新型攔石網(wǎng)(RXI型),實(shí)現了SNS被動(dòng)防護系統的更新?lián)Q代和升級。
支撐繩
沖擊荷載必然要從柔性網(wǎng)傳遞給支撐繩,因此支撐繩在設計上必須確保其具有與網(wǎng)內沖擊點(diǎn)位置無(wú)關(guān)的恒定響應特征,在特定位置設置減壓環(huán)和/或緩沖繩的支撐繩設計形式,除能實(shí)現這一功能外,還實(shí)現了能量消散、繩網(wǎng)下垂和維護需求間的最佳平衡。
減壓環(huán)
減壓環(huán)為對系統起過(guò)載保護作用從而避免其他部件發(fā)生嚴重破壞的重要部件,是迄今為止人們所能實(shí)現的最簡(jiǎn)單而有效的消能元件結構形式,它為一在結點(diǎn)處按預先設定的力箍緊的環(huán)狀金屬管,使用時(shí)鋼絲繩順管內穿過(guò),當與減壓環(huán)相連的鋼絲繩所受拉力達到一定程度時(shí),減壓環(huán)啟動(dòng)并通過(guò)變形位移來(lái)吸收能量,從而實(shí)現其過(guò)載保護作用功能。且當沖擊能量在設計范圍內時(shí),能多次接受沖擊發(fā)生位移。
緩沖繩
在標準形式的環(huán)形網(wǎng)類(lèi)攔石網(wǎng)基礎上,最新成功開(kāi)發(fā)的一種能使環(huán)形網(wǎng)更好地適應落石沖擊的關(guān)鍵技術(shù)構件,它是按一定規則布置、并與支撐繩和環(huán)形網(wǎng)局部聯(lián)結、在落石沖擊時(shí)可以沿支撐繩移動(dòng)的松弛獨立繩段,通過(guò)帶動(dòng)環(huán)形網(wǎng)的橫向位移來(lái)在變形消過(guò)程中實(shí)現荷載的優(yōu)化傳遞,是一種區別于減能壓環(huán)的又一種消能構件,具有使系統各構件的荷載分配更為均衡、降低最終傳到各錨桿的荷載、取代了各分段中部的減壓環(huán)、系統的安裝和維護更為簡(jiǎn)單易行、系統結構更趨優(yōu)化等優(yōu)點(diǎn)。
鋼柱和錨桿
鋼柱的主要作用是作為系統的直立支撐,鋼柱與基座間的可動(dòng)鉸聯(lián)結確保了鋼柱遭受直接沖擊時(shí)基座地腳螺栓的免遭破壞;與各拉錨繩相連的柔性雙股鋼絲繩錨桿,其嵌套雞心環(huán)或套管的環(huán)套式設計能最好地吸收高沖擊荷載,尤其是在錨桿軸線(xiàn)與其外力方向不在同一直線(xiàn)上時(shí),這種錨桿形式具有最好的自適應能力。此外,由于遭受沖擊時(shí)傳遞到拉錨錨桿上的荷載表現為一種瞬間沖擊動(dòng)荷載(一般不超過(guò)0.3秒),因此按靜力學(xué)指標評估的較低水平的錨固能力即能滿(mǎn)足要求。
拉錨繩
連接于鋼絲繩錨桿與鋼柱間的鋼絲繩,根據其位置和作用功能的不同分為上拉錨繩、下拉錨繩、側拉錨繩和中間加固拉錨繩,其主要作用是對整個(gè)系統起加固作用,以確保系統的整體穩定性,阻止系統遭受落石沖擊時(shí)發(fā)生整體傾倒,并實(shí)現殘余沖擊荷載最終向地層的傳遞。
當落石沖擊攔石網(wǎng)時(shí),其沖擊力通過(guò)網(wǎng)的柔性得以首先消散并將剩余荷截從沖擊點(diǎn)向系統周邊逐級加載,最終傳到錨固基礎和穩定地層,且由錨桿及其基礎承受的該最終剩余荷載已達到很小的程度。由于加載途徑由具有不同荷載消散能力的各種部件構成,為合理確定系統各部件的結構尺寸,確保各部件的柔性和承載能力相互匹配,使整個(gè)系統處于均衡的最佳狀態(tài),避免此強彼弱的不合理設計帶來(lái)的材料浪費或局部過(guò)早破壞,對此,為避開(kāi)難以弄清各加載途徑內所分擔的荷載大小這一技術(shù)難題。在SNS系統的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,除對系統進(jìn)行理想化條件下的理論計算來(lái)進(jìn)行均衡化設計(即實(shí)現系統各構成部件的安全系數近于相等,并將薄弱環(huán)節預留在最易修復或更換之處以避免過(guò)載時(shí)系統部件的大范圍變形破壞)之外,主要通過(guò)大量的室內外試驗來(lái)實(shí)現標準化和均衡化設計,從而通過(guò)確保系統施工作業(yè)標準化、快速化和設計最優(yōu)化來(lái)達到SNS防護系統科學(xué)、經(jīng)濟和安全可靠的目的。