一种带缓冲系统巨型-桁架钢筋混凝土防护棚洞论文和设计-剡理祯

全文摘要

本实用新型提供了一种带缓冲系统巨型‑桁架钢筋混凝土防护棚洞，包括竖直设置的高度不同的多排支柱组，每排支柱组均由两根巨型柱组成，同一排支柱组中两根巨型柱的长度相同，所有巨型柱的顶端相平齐；相邻两根巨型柱之间通过纵向巨型梁和横向巨型梁固接；形成一个框架，该框架顶部固接有两根“L”形的桁架上弦梁，桁架上弦梁的水平臂相对设置，两个水平臂上设有缓冲系统。该防护棚洞能完全承担地震、风荷载等水平力，具有侧向刚度大，水平承载力高的优点，可以大幅提高结构的使用高度，同时，通过耗散、转化、吸收、扩大受力面积等刚柔并济的方法将冲击荷载层层阻截，将其对结构的影响降至最低。

主设计要求

1.一种带缓冲系统的巨型-桁架钢筋混凝土防护棚洞，其特征在于，包括竖直设置的高度不同的多排支柱组，每排支柱组均由两根巨型柱（1）组成，同一排支柱组中两根巨型柱（1）的长度相同，所有巨型柱（1）的顶端相平齐；相邻两排支柱组中对应设置的分别位于该两排立柱组中的两根巨型柱（1）之间通过至少两根纵向巨型梁（2）固接，相邻两根纵向巨型梁（2）之间通过纵向斜撑（3）固接；同一立柱组中的两根巨型柱（1）之间通过横向巨型梁（11）固接，同一立柱组中的两根巨型柱（1）与横向巨型梁（11）围成的空间内固接有横向斜撑（10）；所有支柱组中处于同一侧的巨型柱（1）顶端分别与一根“L”形的桁架上弦梁（5）固接，所有支柱组中处于同一侧的所有巨型柱（1）与上部通过桁架下弦梁（4）相连，桁架下弦梁（4）的两端分别通过端立柱（8）与桁架上弦梁（5）固接，桁架下弦梁（4）、桁架上弦梁（5）和巨型柱（1）围成的框内设有腹立柱（6）和斜腹杆（7）；两根桁架上弦梁（5）的水平臂相对设置，两个水平臂上设有预制横梁（12），预制横梁（12）与桁架上弦梁（5）的水平臂之间设有橡胶垫层（13），预制横梁（12）上设有EPS缓冲垫层（14），EPS缓冲垫层（14）上设有钢筋混凝土板（15），钢筋混凝土板（15）上设有黏土层（16），黏土层（16）覆盖桁架上弦梁（5）的竖直臂。

设计方案

2.根据权利要求1所述带缓冲系统的巨型-桁架钢筋混凝土防护棚洞，其特征在于，黏土层（16）的顶面为“人”字形。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于结构工程技术领域，涉及一种带缓冲系统巨型-桁架钢筋混凝土棚洞。

背景技术

山区公路、铁路建设中，由于桥梁、隧道技术成熟、可靠，同时结合山区沟壑纵横，山谷密布地形地貌情况，公路、铁路桥隧占全线比例可达80%以上，产生了大量的隧道进、出口仰坡。目前针对隧道仰坡的防护措施有边坡加固、棚洞防护两种。由于刚性棚洞防护能力和建筑高度受限，使得边坡加固应用更为广泛。但是，随着铁路、公路的发展，一些隧道仰坡高度可达到200m以上，且坡面危石满布，坡度可达到70°以上，部分范围出现直立甚至坡面负地形。此时，坡面加固方案施工上将不再具有可行性。而目前国内刚性棚洞最高的只有约40m，限制了防护棚洞的使用。

发明内容

为解决目前隧道坡度、高度过大以至无法进行坡面加固而目前棚洞防护高度和防护能力受限问题。本实用新型提供一种带缓冲系统巨型-桁架钢筋混凝土棚洞。可将棚洞高度在目前基础提高50%，棚洞高度可达60m以上。同时通过设置缓冲材料、结构大幅提高棚洞抗冲击能力。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种带缓冲系统的巨型-桁架钢筋混凝土防护棚洞，包括竖直设置的高度不同的多排支柱组，每排支柱组均由两根巨型柱组成，同一排支柱组中两根巨型柱的长度相同，所有巨型柱的顶端相平齐；相邻两排支柱组中对应设置的分别位于该两排立柱组中的两根巨型柱之间通过至根纵向巨型梁固接，相邻两根纵向巨型梁之间通过纵向斜撑固接；同一立柱组中的两根巨型柱之间通过横向巨型梁固接，同一立柱组中的两根巨型柱与横向巨型梁围成的空间内固接有横向斜撑；所有支柱组中处于同一侧的巨型柱顶端分别与一根“L”形的桁架上弦梁固接，所有支柱组中处于同一侧的所有巨型柱与上部通过桁架下弦梁相连，桁架下弦梁的两端分别通过端立柱与桁架上弦梁固接，桁架下弦梁、桁架上弦梁和巨型柱围成的框内设有腹立柱和斜腹杆；两根桁架上弦梁的水平臂相对设置，两个水平臂上设有预制横梁，预制横梁与桁架上弦梁的水平臂之间设有橡胶垫层，预制横梁上设有EPS缓冲垫层，EPS缓冲垫层上设有钢筋混凝土板，钢筋混凝土板上设有黏土层，黏土层覆盖桁架上弦梁的竖直臂。

本实用新型钢筋混凝土防护棚洞采用巨型-斜撑体系组成棚洞结构抗侧力骨架，采用桁架作为承受竖向荷载的受力骨架。棚洞洞身“悬挂”于巨型-桁架结构之中，形成车辆运行通道。巨型结构由巨型柱、巨型梁及斜撑组成，根据实际需要建筑高度，巨型柱断面短边尺寸可达3m以上，巨型梁高度可达2.5m以上。同时沿结构纵、横向设置柱间斜向支撑，控制结构横向位移，从而提高其适用高度。同时针对巨型柱之间距离较大，采用桁架结构在实现大跨度跨越的同时，保证结构有足够的承载力，以承受冲击体对结构的冲击。棚洞顶部自上而下分别设置由黏土层、钢筋混凝土板、EPS缓冲垫层及预制梁与上弦梁之间的橡胶垫层组成的缓冲系统。通过耗散、转化、吸收、扩大受力面积等刚柔并济的方法将冲击荷载层层阻截，将其对结构的影响降至最低。

附图说明

图1是本实用新型钢筋混凝土防护棚洞的侧立面图。

图2是本实用新型钢筋混凝土防护棚洞的横剖面图。

图3是本实用新型钢筋混凝土防护棚洞顶部结构图。

图中：1.巨型柱，2.纵向巨型梁，3.纵向斜撑，4.桁架下弦梁，5.桁架上弦梁，6.腹立柱，7.斜腹杆，8.端立柱，9.桥梁，10.横向斜撑，11.横向巨型梁，12.预制横梁，13.橡胶垫层，14.EPS缓冲垫层，15.钢筋混凝土板，16.黏土层，17.隧道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1、图2和图3所示，本实用新型钢筋混凝土防护棚洞，包括竖直设置的高度不同的多排支柱组，每排支柱组均由两根巨型柱1组成，同一排支柱组中两根巨型柱1的长度相同，所有巨型柱1的顶端相平齐；相邻两排支柱组中对应设置的分别位于该两排立柱组中的两根巨型柱1之间通过至根纵向巨型梁2固接，相邻两根纵向巨型梁2之间通过纵向斜撑3固接；同一立柱组中的两根巨型柱1之间通过横向巨型梁11固接，同一立柱组中的两根巨型柱1与横向巨型梁11围成的空间内固接有横向斜撑10；同一立柱组中的两根巨型柱1分别位于隧道17的两侧，所有支柱组中位于隧道17一侧的巨型柱1顶端均与一根“L”形的桁架上弦梁5固接，所有支柱组中位于隧道17另一侧的巨型柱1顶端均与另一根“L”形的桁架上弦梁5固接，隧道17中的桥梁9从同一支柱组的两根巨型柱1之间穿过，位于隧道17同一侧的所有巨型柱1与桥梁17相对应的位置通过桁架下弦梁4相连，桁架下弦梁4的两端分别通过端立柱8与桁架上弦梁5固接，桁架下弦梁4、桁架上弦梁5和巨型柱1围成的框内设有腹立柱6和斜腹杆7；两根桁架上弦梁5的水平臂相对设置，两个水平臂上设有预制横梁12，预制横梁12与桁架上弦梁5的水平臂之间设有橡胶垫层13，预制横梁12上设有EPS缓冲垫层14，EPS缓冲垫层14上设有钢筋混凝土板15，钢筋混凝土板15上设有黏土层16，黏土层16的顶面为“人”字形，黏土层16覆盖桁架上弦梁5的竖直臂。

预制横梁12位于隧道17的上方。

在隧道口的仰坡上设置本实用新型钢筋混凝土防护棚洞时，依据仰坡面上地质情况，选取适合巨型柱1安装的位置，将不同长度的巨型柱1安装在仰坡面上，再根据施工图纸建造其它部分。该钢筋混凝土防护棚洞施工完成后，由巨型柱1、纵向巨型梁2、横向巨型梁11及起辅助作用的纵向斜撑3和横向斜撑10共同组成巨型抗侧力结构。地震、风荷载等水平力将完全由该巨型抗侧力结构承担。该巨型抗侧力结构由梁、柱组成的框架和纵、横向斜撑组成的斜撑体系组成两道抗侧力防线，能承受大量侧向作用力，并显著约束结构顶部位移，具有良好的结构受力性能，可大幅提高结构适用高度。由桁架下弦梁4、桁架上弦梁5、腹立柱6、斜腹杆7及端立柱8组成的棚洞洞身能够充分发挥桁架结构承载力高、跨度大的优势，实现对冲击力的安全传递及大跨度的跨越。隧道仰坡落石崩落至棚洞顶部时，黏土层16将首先通过自身松散、低强等特性耗散落石能量，剩余冲击荷载将作用于钢筋混凝土板15，钢筋混凝土板15通过自身强度高、刚度大特性将冲击荷载作用面积大幅扩大，显著降低冲击荷载集度，然后冲击荷载继续下传给EPS缓冲垫层14，EPS缓冲垫层14通过自身压缩变形将大部分冲击能转成为自身变形能而缓慢释放。最后剩余冲击力作用于预制横梁12，预制横梁12通过与桁架上弦梁5之间设置的橡胶垫层13大幅延长结构碰撞接触时间从而降低冲击力峰值。

橡胶垫层13、EPS缓冲垫层14、钢筋混凝土板15和黏土层16组成缓冲系统，通过耗散、转化、吸收、扩大受力面积等刚柔并济的方法将冲击荷载层层阻截，将冲击荷载对结构的影响降至最低。

设计图

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