本申請涉及邊坡落石防護，尤其涉及一種具有負泊松比特性的危巖落石防護攔擋裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著我國交通事業(yè)的迅速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷由平原微丘區(qū)向山嶺重丘區(qū)發(fā)展。我國西南地區(qū)多山地、丘陵，地形復(fù)雜、地勢險峻，在交通建設(shè)過程中，危巖和落石作為鐵路工程中常見的地質(zhì)災(zāi)害問題，對鐵路線路和行車安全構(gòu)成嚴重威脅。危巖落石防護攔石墻通過防止危巖和落石進入鐵路軌道區(qū)域，可以保障人員和列車的安全，保護鐵路基礎(chǔ)設(shè)施，維護列車正常運行，減少維修和修復(fù)成本，并提高鐵路線路的可靠性和穩(wěn)定性。因此，在鐵路工程中，危巖落石防護攔石墻結(jié)構(gòu)具有重要的作用和意義。

2、常規(guī)的危巖落石防護攔石墻存在剛性限制、局部破壞和高維修成本等不足之處。負泊松比結(jié)構(gòu)則為提升攔石結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能提供了新思路。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，負泊松比結(jié)構(gòu)具有“拉脹壓縮”的性質(zhì)，這一特性使其擁有高能量吸收、減小沖擊力峰值等優(yōu)異性能。同時負泊松比結(jié)構(gòu)通常由高強度材料制成，具有良好的耐久性和抗沖擊性能，能夠長期穩(wěn)定地承受沖擊荷載。傳統(tǒng)攔擋結(jié)構(gòu)通常剛度較高，但在強烈沖擊下易發(fā)生局部破壞或失效，且其能量吸收能力有限，難以充分減緩落石對攔擋結(jié)構(gòu)的破壞。部分傳統(tǒng)緩沖結(jié)構(gòu)雖能吸收一定能量，但吸能效率較低，緩沖效果有限，難以滿足復(fù)雜地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境下的需求?，F(xiàn)有技術(shù)中有關(guān)負泊松比柱的設(shè)計往往在房建領(lǐng)域，主要針對軸向靜荷載和地震動荷載的復(fù)合應(yīng)力場景，且多數(shù)屬于單一平面負泊松比機制，對于脈沖型沖擊、三維應(yīng)力波傳播特性的危巖落石防護場景的適用性較差。因此，如何提高攔擋結(jié)構(gòu)的能量吸收能力，減小結(jié)構(gòu)破壞的風(fēng)險，同時保證其高效、持久的防護性能，成為需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請實施例提供了一種具有負泊松比特性的危巖落石防護攔擋裝置，用于解決現(xiàn)有危巖落石防護攔擋結(jié)構(gòu)在面對高能量、三維應(yīng)力波、脈沖型沖擊荷載時的防護能力不足的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┮环N具有負泊松比特性的危巖落石防護攔擋裝置，其特征在于，包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的攔石樁，所述攔石樁包括地下基礎(chǔ)和地上樁體，所述地上樁體由混凝土和地上鋼筋骨架組成，所述地上鋼筋骨架呈現(xiàn)出負泊松比特性，所述地上鋼筋骨架包括四根架立筋和多個箍筋，四根所述架立筋豎向布置且分別位于正方形的四角上，所述架立筋由多個第一彎曲鋼筋單元沿豎向線性連接而成，相鄰兩第一彎曲鋼筋單元所在的平面相互垂直；多個所述箍筋由上至下間隔設(shè)置在四根所述架立筋上，所述箍筋由四個第二彎曲鋼筋單元呈正方形連接組成，相鄰兩所述箍筋的四角處分別通過縱向跨度相同的四個第一彎曲鋼筋單元連接，所述箍筋上相對的兩個第二彎曲鋼筋單元的彎曲方向相同，相鄰的兩個第二彎曲鋼筋單元的彎曲方向相反，且各第二彎曲鋼筋單元所在的平面均垂直于水平面。

3、可選地，相鄰兩所述箍筋的豎向間距由上至下逐漸減小，且豎向間距滿足以下公式：

4、；

5、式中，是由上至下所述箍筋所在層的序號，是第層箍筋和第層箍筋的豎向間距，是相鄰架立筋的間距，是箍筋間距的折減系數(shù)，的取值范圍為0.85-0.95；

6、所述架立筋上位于第層箍筋和第層箍筋之間的四個第一彎曲鋼筋單元的縱向跨度均等于。

7、可選地，相鄰兩所述架立筋的間距為0.4m-1.0m。

8、可選地，每個第一彎曲鋼筋單元均由四段第一圓弧段連接而成，屬于同一個第一彎曲鋼筋單元的四段第一圓弧段等長，第一彎曲鋼筋單元整體呈凸起狀，縱向與橫向跨度比為16:1。

9、可選地，所述架立筋頂端的第一彎曲鋼筋單元的第一圓弧段的角度為14.25°；

10、各所述第二彎曲鋼筋單元結(jié)構(gòu)相同，均由四段等長的第二圓弧段連接而成，第二彎曲鋼筋單元整體呈凸起狀，所述箍筋中沿落石沖擊方向的第二彎曲鋼筋單元的曲率半徑和垂直于落石沖擊方向的第二彎曲鋼筋單元的曲率半徑滿足：的取值范圍為1.5-2.0，的取值范圍為0.5-0.8，其中為架立筋頂端的第一彎曲鋼筋單元中第一圓弧段的曲率半徑。

11、可選地，所述地下基礎(chǔ)由地下混凝土和地下鋼筋骨架組成，所述地下基礎(chǔ)與所述地上樁體一體澆筑成型，所述地下基礎(chǔ)的橫截面邊長為所述地上樁體的截面邊長的1.5-2.0倍，埋深為所述地上樁體高度的1/3-1/2。

12、可選地，所述地下鋼筋骨架包括四根地下架立筋和多個地下箍筋，四根所述地下架立筋的上端分別與四根所述架立筋的下端連接，所述地下架立筋為直線型鋼筋；所述地下箍筋由四段直線型鋼筋首尾連接而成，多個所述地下箍筋在四根所述地下架立筋上由上至下等間距布置。

13、可選地，相鄰兩所述地下箍筋的豎向間距為0.3m-0.4m。

14、可選地，多個所述攔石樁在落石沖擊方向上布置為兩排，每排中的攔石樁在垂直于落石沖擊方向上間隔設(shè)置，兩排攔石樁在落石沖擊方向上相互錯開。

15、可選地，多個所述攔石樁在垂直于落石沖擊方向上排列組合形成攔石墻。

16、本申請?zhí)峁┑木哂胸摬此杀忍匦缘奈r落石防護攔擋裝置的有益效果在于：

17、通過將地上樁體的地上鋼筋骨架設(shè)計為具有負泊松比特性的形式，使危巖落石攔擋裝置表現(xiàn)出負泊松比的特性，具有抗震性能強、能量吸收能力強、落石影響范圍小以及具有較好的可塑性等優(yōu)點。通過負泊松比結(jié)構(gòu)的設(shè)計，危巖落石防護攔擋裝置能夠在地震和沖擊力下提供更好的抗震能力，并有效吸收和分散沖擊和振動能量。其收縮特性能夠限制結(jié)構(gòu)變形，減小落石的影響范圍。通過三維負泊松比鋼筋骨架設(shè)計以及梯度箍筋密度設(shè)計能夠有效地應(yīng)對高速、高能量、三維應(yīng)力波、脈沖型沖擊荷載的危巖落石沖擊力學(xué)場景，適用于地形復(fù)雜、地勢險峻的地區(qū)，如我國西南地區(qū)的山地、丘陵。

技術(shù)特征：

1.一種具有負泊松比特性的危巖落石防護攔擋裝置，其特征在于，包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的攔石樁，所述攔石樁包括地下基礎(chǔ)和地上樁體，所述地上樁體由混凝土和地上鋼筋骨架組成，所述地上鋼筋骨架呈現(xiàn)出負泊松比特性，所述地上鋼筋骨架包括四根架立筋和多個箍筋，四根所述架立筋豎向布置且分別位于正方形的四角上，所述架立筋由多個第一彎曲鋼筋單元沿豎向線性連接而成，相鄰兩第一彎曲鋼筋單元所在的平面相互垂直；多個所述箍筋由上至下間隔設(shè)置在四根所述架立筋上，所述箍筋由四個第二彎曲鋼筋單元呈正方形連接組成，相鄰兩所述箍筋的四角處分別通過縱向跨度相同的四個第一彎曲鋼筋單元連接，所述箍筋上相對的兩個第二彎曲鋼筋單元的彎曲方向相同，相鄰的兩個第二彎曲鋼筋單元的彎曲方向相反，且各第二彎曲鋼筋單元所在的平面均垂直于水平面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的危巖落石防護攔擋裝置，其特征在于，相鄰兩所述箍筋的豎向間距由上至下逐漸減小，且豎向間距滿足以下公式：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的危巖落石防護攔擋裝置，其特征在于，相鄰兩所述架立筋的間距為0.4m-1.0m。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的危巖落石防護攔擋裝置，其特征在于，每個第一彎曲鋼筋單元均由四段第一圓弧段連接而成，屬于同一個第一彎曲鋼筋單元的四段第一圓弧段等長，第一彎曲鋼筋單元整體呈凸起狀，縱向與橫向跨度比為16:1。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的危巖落石防護攔擋裝置，其特征在于，所述架立筋頂端的第一彎曲鋼筋單元的第一圓弧段的角度為14.25°；

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的危巖落石防護攔擋裝置，其特征在于，所述地下基礎(chǔ)由地下混凝土和地下鋼筋骨架組成，所述地下基礎(chǔ)與所述地上樁體一體澆筑成型，所述地下基礎(chǔ)的橫截面邊長為所述地上樁體的截面邊長的1.5-2.0倍，埋深為所述地上樁體高度的1/3-1/2。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的危巖落石防護攔擋裝置，其特征在于，所述地下鋼筋骨架包括四根地下架立筋和多個地下箍筋，四根所述地下架立筋的上端分別與四根所述架立筋的下端連接，所述地下架立筋為直線型鋼筋；所述地下箍筋由四段直線型鋼筋首尾連接而成，多個所述地下箍筋在四根所述地下架立筋上由上至下等間距布置。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的危巖落石防護攔擋裝置，其特征在于，相鄰兩所述地下箍筋的豎向間距為0.3m-0.4m。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的危巖落石防護攔擋裝置，其特征在于，多個所述攔石樁在落石沖擊方向上布置為兩排，每排中的攔石樁在垂直于落石沖擊方向上間隔設(shè)置，兩排攔石樁在落石沖擊方向上相互錯開。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的危巖落石防護攔擋裝置，其特征在于，多個所述攔石樁在垂直于落石沖擊方向上排列組合形成攔石墻。

技術(shù)總結(jié)
本申請屬于邊坡落石防護領(lǐng)域，尤其涉及一種具有負泊松比特性的危巖落石防護攔擋裝置，通過將地上樁體的地上鋼筋骨架設(shè)計為具有負泊松比特性的形式，使危巖落石攔擋裝置表現(xiàn)出負泊松比的特性，具有抗震性能強、能量吸收能力強、落石影響范圍小以及具有較好的可塑性等優(yōu)點。通過負泊松比結(jié)構(gòu)的設(shè)計，危巖落石防護攔擋裝置能夠在地震和沖擊力下提供更好的抗震能力，并有效吸收和分散沖擊和振動能量。其收縮特性能夠限制結(jié)構(gòu)變形，減小落石的影響范圍。通過三維負泊松比鋼筋骨架設(shè)計以及梯度箍筋密度設(shè)計能夠有效地應(yīng)對高速、高能量、三維應(yīng)力波、脈沖型沖擊荷載的危巖落石沖擊力學(xué)場景，適用于地形復(fù)雜、地勢險峻的地區(qū)。

技術(shù)研發(fā)人員：趙煉恒,戴全,吳紅剛,唐濤,徐鑫,吳飄,朱東方,楊翔宇,劉樂,喬楠
受保護的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15