混合型防落石柔性防护网的应用基础研究

In order to overcome high maintenance costs and limited use of the active protection nets and the passive protection nets, the hybrid flexible protection nets has been used for rockfall protection. Differ to the active protection nets and the passive protection nets, the intention of the hybrid flexible protection nets is to change the rockfall trajectory, guide rockfall to the accumulation of a specified point or impact area and to reduce the energy of rockfall within a certain range. Due to the lack of theoretical guidance, there are some problems for the hybrid flexible protection nets in the engineering applications, such as the strength of the internal components cannot match each other, the motion path of rockfall cannot be predicted and the energy dissipation effect cannot be evaluated, the reliability cannot meet the security requirements for the hybrid flexible protection nets in the engineering applications. So the program is carried out to study the hybrid flexible protection nets in detail and to solve these problems. Firstly, the static and dynamic mechanical tests on the metal flexible nets and the rockfall crash tests will be implemented, and then based on these tests, the full-scale model tests on the hybrid flexible protection nets under the impact of rockfall will be implemented. Secondly, the observed experimental phenomena, the relevant parameters obtained by the experiments and the numerical method will be employed to analyze the energy dissipation mechanism and the load transfer law by theoretical study and parametric analysis for optimizing the structure and composition of the hybrid flexible protection nets, and then the design rules for this system will be put forward. Finally, the research about design calculation method for the hybrid flexible protection nets will be carried out to solve the basic theory problem in the engineering applications. The achievements of the program research have important theoretical value and practical value and a good application prospect.

为克服主动防护网和被动防护网维护成本高、使用受限等不足，一种用于落石防护的混合型柔性防护网在工程中得到了应用。与主、被动防护网不同，混合型柔性防护网的作用是改变落石的运动轨迹，将落石引导至指定的堆积点或冲击区域，同时将落石能量降低到一定范围内。由于缺乏理论指导，混合型柔性防护网在工程应用中存在内部构件强度不匹配、无法预测落石运动路径和评估系统的缓冲吸能效果等问题，可靠性不能满足工程安全要求。为此本项目首先开展金属柔性网的静动力试验和落石碰撞试验，并以此为基础开展混合型柔性防护网在落石冲击下的足尺模型试验；其次依据试验观测现象和测试的相关性能参数，结合数值方法对混合型柔性防护网的耗能机理、传载规律开展理论研究和参数化分析，优化系统的结构形式和组成方式，提出设计准则；最后开展混合型柔性防护网设计计算理论研究，解决工程应用中的基础理论问题。研究成果具有重要的理论价值和实用价值，应用前景广阔。

与主、被动防护网不同，混合型柔性防护网的作用是改变落石的运动轨迹，将落石引导至指定的堆积点或冲击区域，同时将落石能量降低到一定范围内。由于缺乏理论指导，混合型柔性防护网在工程应用中存在内部构件强度不匹配、无法预测落石运动路径和评估系统的缓冲吸能效果等问题，可靠性不能满足工程安全要求。为此，项目综合利用模型试验、数值模拟和理论分析方法开展混合型柔性防护网的应用基础研究，探索混合型柔性防护网在落石防护中的耗能机理及传载规律，优化其结构形式及组成方式，并以此为基础建立混合型柔性防护网的设计准则和设计计算理论。取得的主要研究进展如下：（1）推导了TECCO格栅网切线方向等效弹性模量表达式和能量吸收的理论计算公式，推导了TECCO格栅网在特定约束条件下受法向落石冲击作用下的能量吸收特性的理论计算公式，推导了U形消能件启动力阈值和能量吸收特性的理论计算公式；（2）开展了混合型柔性防护网的模型试验，考察了落石质量、防护网配重对其耗能性能的影响，提出了最优化配重方案，并以此为基础建立了混合型柔性防护网的数值模型，开展了数值分析，并与模型试验结果进行了对比，验证了数值模型的正确性，为后续的参数化研究奠定了基础；（3）对影响混合型柔性防护网防护效果的相关参数进行了研究，考察了落石体积、质量、入射速度、冲击高度、防护网的自重和配重方式对其防护效果的影响，拟合得到了各参数对混合型柔性防护网耗能性能影响的函数关系表达式，研究成果可作为评估混合型柔性防护网防护效果的理论计算依据；考察了混合型柔性防护网内部荷载传递的规律，分析了在最不利工况下立柱的剪力和弯矩、支撑绳上的内力等，提出了混合型柔性防护网设计中的一般准则；（4）综合应用混合型柔性防护网模型试验、数值计算和参数化研究结论，通过2个工程算例的具体应用，提出了混合型柔性防护网的原则性设计方法和工程应用建议，研究成果具有重要的理论价值和实用价值，应用前景广阔。