一种柔性防护系统动态冲击试验平台.pdf

本发明公开了一种柔性防护系统动态冲击试验平台，包括用于模拟落石的冲击试块、用于提升并释放冲击试块的起吊设备和柔性防护系统试验模型，还包括用于安装柔性防护系统试验模型的反力墙，以及为冲击试验提供反冲空间并起防护作用的基坑；所述反力墙垂直设置于基坑的一侧。本发明的试验平台可以修建在就近的场地，利用反力墙来安装柔性防护系统试验模型，试验场地不受现场环境限制，不需要每次试验时搬运试验设备到较远的山坡，试验成本低，效率高；且可方便重复地进行冲击试验及数据采集。

权利要求书
1.  一种柔性防护系统动态冲击试验平台，包括用于模拟落石的冲击试块（3）、用于提升并释放冲击试块（3）的起吊设备（2）和柔性防护系统试验模型（4），其特征在于，还包括用于安装柔性防护系统试验模型（4）的反力墙（1），以及为冲击试验提供反冲空间并起防护作用的基坑（5）；所述反力墙（1）垂直设置于基坑（5）的一侧。

2.  根据权利要求1所述的柔性防护系统动态冲击试验平台，其特征在于，所述柔性防护系统试验模型（4）包括防护网（42）和减压环（44），以及垂直固定在反力墙（1）同一高度的两根或两根以上的钢柱（41）；所述防护网（42）通过设置在其四周的支撑绳（45）固定在相邻的两根钢柱（41）之间；所述钢柱（41）远离反力墙（1）的一端通过锚绳（43）与反力墙（1）连接；所述减压环（44）设置在锚绳（43）和支撑绳（45）上。

3.  根据权利要求2所述的柔性防护系统动态冲击试验平台，其特征在于，所述反力墙（1）上设置有均匀分布的贯穿反力墙（1）的锚孔，所述钢柱（41）靠近反力墙（1）的一端固定在钢柱基座（46）上，所述钢柱基座（46）和锚绳（43）通过设置在锚孔中的锚杆与反力墙（1）固定。

4.  根据权利要求2所述的柔性防护系统动态冲击试验平台，其特征在于，所述锚绳（43）上还设有拉力传感器。

5.  根据权利要求1所述的柔性防护系统动态冲击试验平台，其特征在于，所述冲击试块（3）为规则多面体，其高度为0.4m-2m，重量为0.25t-25t。

6.  根据权利要求1所述的柔性防护系统动态冲击试验平台，其特征在于，所述基坑（5）底部还设有倒梯形的防护坑（6）。

7.  根据权利要求1-6所述的柔性防护系统动态冲击试验平台，其特征在于，所述起吊设备（2）采用可移动的龙门吊。

说明书一种柔性防护系统动态冲击试验平台
技术领域
本发明涉及边坡防护技术领域，具体为一种柔性防护系统动态冲击试验平台。
背景技术
边坡落石是我国山区经常发生的一种自然灾害，发生突然且频率高，对行车安全以及人们生命财产构成了严重的威胁。被动柔性防护是一种比较新的边坡落石灾害防治技术，该技术以钢丝绳和柔性网为主要组件，采用“以柔克刚”的防护原理，可以在不破坏原坡面自然状况的情况下防治坡面坍落、爆破飞石、坠物、雪崩等地质及气候灾害。防护系统性能的高低决定了防护效果的好坏，但国内目前尚无检测防护系统性能的试验平台，故进行落石冲击试验尤为重要，如何模拟落石冲击柔性防护系统这一过程，让试验有立足之地，若是这一技术问题不能有效解决，就无法进行系统动态检测试验。
而国外的被动柔性防护系统试验基本上是利用既有山坡开展冲击试验，其缺点是试验场地容易受现场环境的限制，而且试验场地往往距离市区较远，每次试验的成本相对较高，花费的时间较多。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种就近修建的可降低试验成本，提高试验效率的柔性防护系统动态冲击试验平台。技术方案如下：
一种柔性防护系统动态冲击试验平台，包括用于模拟落石的冲击试块、用于提升并释放冲击试块的起吊设备和柔性防护系统试验模型，还包括用于安装柔性防护系统试验模型的反力墙，以及为冲击试验提供反冲空间并起防护作用的基坑；所述反力墙垂直设置于基坑的一侧。
进一步的，所述柔性防护系统试验模型包括防护网和减压环，以及垂直固定在反力墙同一高度的两根或两根以上的钢柱；所述防护网通过设置在其四周的支撑绳固定在相邻的两根钢柱之间；所述钢柱远离反力墙的一端通过锚绳与反力墙连接；所述减压环设置在锚绳和支撑绳上。
更进一步的，所述反力墙上设置有均匀分布的贯穿反力墙的锚孔，所述钢柱靠近反力墙的一端固定在钢柱基座上，所述钢柱基座和锚绳通过设置在锚孔中的锚杆与反力墙固定。
更进一步的，所述锚绳上还设有拉力传感器。
更进一步的，所述冲击试块为规则多面体，其高度为0.4m-2m，重量为0.25t-25t。
更进一步的，所述基坑底部还设有倒梯形的防护坑。
更进一步的，所述起吊设备采用可移动的龙门吊。
本发明的有益效果是：本发明的试验平台可以修建在就近的场地，利用反力墙来安装柔性防护系统试验模型，试验场地不受现场环境限制，不需要每次试验时搬运试验设备到较远的山坡，试验成本底，效率高；且可方便重复地进行冲击试验及数据采集。
附图说明
图1为本发明柔性防护系统动态冲击试验平台结构示意图。
图2为本发明基坑和反力墙结构立体图。
图3为本发明基坑和反力墙主视图。
图4为本发明基坑和反力墙俯视图。
图5为本发明柔性防护系统试验模型主视图。
图6为本发明柔性防护系统试验模型俯视图。
图7为本发明柔性防护系统试验模型安装示意图。
图8为本发明冲击试块结构示意图。
图中：1-反力墙；2-起吊设备；3-冲击试块；4-柔性防护系统试验模型；5-基坑；6-防护坑；7-钢轨；41-钢柱；42-防护网；43-锚绳；44-减压环；45-支撑绳；46-钢柱基座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：一种柔性防护系统动态冲击试验平台，包括用于模拟落石的冲击试块3、用于提升并释放冲击试块3的起吊设备2和柔性防护系统试验模型4，还包括用于安装柔性防护系统试验模型4的反力墙1，以及为冲击试验提供反冲空间并起防护作用的基坑5；所述反力墙1垂直设置于基坑5的一侧。
起吊设备2用于完成柔性防护系统试验模型4的安装和冲击试块3的提升，并通过自动释放装置在冲击试块3达到试验要求的高度后释放冲击试块3，使其自由下落，完成冲击试验。根据试验要求，起吊设备2可配备两个吊钩，每个吊钩的最大起重量分别为5吨、25吨，可以满足不同的冲击能量的使用需求，吊钩至试验场地地面的最大高度为30m；起吊设备运行轨道的长度须保证起吊设备2能够在试验区域内的使用，运行轨道之间的距离为24.5m。起吊设备2采用龙门吊，运行轨道采用设置才基坑5外侧的钢轨7。
基坑5和反力墙1为冲击试验台中的重要组成部分，两者均采用混凝土结构并连成一个整体。
反力墙1用于柔性防护系统试验模型4的安装，为了满足不同钢柱41间距（国内常用被动柔性防护系统的钢柱间距为10m）、不同钢柱41高度（国内常用的被动柔性防护系统钢柱高度为3m、4m、5m、6m，最大高度可达7m）的被动柔性防护系统试验模型4的安装，反力墙1在地面以上的高度为10.5m，长度为34m，且反力墙1上设置有均匀分布的贯穿反力墙1的锚孔，锚孔间隔为500mm×500mm。
基坑5须满足被动防护系统在冲击作用下的变形要求，并起到防止冲击试块跌落到地面而伤害到人员和设备的作用，此外基坑5还为各种试验模型的安装、拆卸提供了操作场地。基坑5的尺寸为20m×37m。对经常承受落石冲击的基坑5底部进行局部的深挖，形成倒梯形的防护坑6，以满足被动防护系统在落石冲击作用下，最大变形的需要。
冲击试块3为规则多面体，其为正立方体削掉棱角而得的多面体，高度为0.4m-2m，重量为0.25t-25t。为避免冲击试块3在与防护系统的冲击过程中发生破坏，冲击试块外表面由钢板焊接而成，内部配置钢筋，并浇筑混凝土。为了便于冲击试块3在起吊至指定高度后能够自由下落，可采用专门的脱钩装置用于释放冲击试块3。同时，在冲击试块3的制作过程中，可预埋弯钩，用于冲击试块3的起吊及释放。
所述柔性防护系统试验模型4包括防护网42和减压环44，以及垂直固定在反力墙1同一高度的两根或两根以上的钢柱41；所述防护网42通过设置在其四周的支撑绳45固定在相邻的两根钢柱41之间；所述钢柱41远离反力墙1的一端通过锚绳43与反力墙1连接；所述减压环44设置在锚绳43和支撑绳45上。钢柱41靠近反力墙1的一端固定在钢柱基座46上，钢柱基座46和锚绳43通过设置在锚孔中的锚杆与反力墙1固定。
本试验平台的工作原理为：将柔性防护系统试验模型4安装于反力墙1上，用起吊设备2将一定重量的冲击试块3提升到一定的高度，利用自动释放装置使冲击试块3从吊钩上脱落，冲击试块3自由落体运动将势能转换为动能，以设计的能量冲击被动柔性防护系统试验模型4。
由于采用自由落体的方式，冲击能量的计算公式如下：
E=mgH
式中，m为冲击试块3的质量；g为重力加速度；H为冲击试块自由下落的高度。试验时根据设计的冲击能量选择相应重量的冲击试块3，设置相应的起吊高度。
试验中需要进行测试的内容为在不同能量冲击下柔性防护系统试验模型4的变形及破坏情况，具体为：1）防护网42的变形情况；2）钢柱41的变形或破坏情况；3）支撑绳45、锚绳43破坏情况；4）减压环44变形及破坏情况。
采用摄像机进行试验模型变形测量，每次试验需要使用3台摄像机，包括1台高速摄像机（主要用于记录试验模型重点部位的变形及破坏情况）及2台普通摄像机（主要用于记录试验模型的整体变形及整体破坏情况）。另外，锚绳43上还设置有拉力传感器，用来对锚绳43进行应力和应变的测量，拉力传感器采用150kN的光纤光栅拉力传感器。