【摘 要】
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落石灾害是山区常见的自然灾害之一,落石灾害有着发生突然、随机性强、破坏力大等特点,严重威胁到人们的生命财产安全。随着我国“丝绸之路经济带”战略的提出,西部山区掀起了铁路、公路、桥梁、隧道等交通基础设施建设的浪潮,在“5.12”汶川大地震后,崩塌滚石灾害进入活跃期,对其影响范围内的交通基础设施建设和人类的活动造成了极大威胁,成为阻碍其经济发展的重要因素,对落石灾害的研究显得尤为迫切。本文从提高屋面板
【基金项目】
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国家自然科学基金《落石冲击下电力构筑物的破坏机理及防护措施研究》（51279162）；
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落石灾害是山区常见的自然灾害之一,落石灾害有着发生突然、随机性强、破坏力大等特点,严重威胁到人们的生命财产安全。随着我国“丝绸之路经济带”战略的提出,西部山区掀起了铁路、公路、桥梁、隧道等交通基础设施建设的浪潮,在“5.12”汶川大地震后,崩塌滚石灾害进入活跃期,对其影响范围内的交通基础设施建设和人类的活动造成了极大威胁,成为阻碍其经济发展的重要因素,对落石灾害的研究显得尤为迫切。本文从提高屋面板及棚洞板自身抗冲击性能出发,依据复合装甲的防弹机理设计制作了泡沫夹芯钢筋混凝土板及背贴碳纤维布和芳纶纤维布的钢筋混凝土板,共计36个试件。为便于进行大量的破坏性试验,对课题组的试验平台进行了设计改造。设计制作了冲击所用的落锤,落锤用铸钢材料制成,质量为99.1kg。开展了落锤冲击试验,考虑了落锤冲击能量改变、泡沫板厚度改变、顶层板所用混凝土材料的变化因素,对各工况冲击过程中落锤加速度、板底支座反力、板底加速度、板底钢筋及混凝土应变等随时间变化的数据进行了采集,分析了夹芯钢筋混凝土板的冲击响应模式并对各类型的试验板进行了抗冲击性能评价。对两种改进型的泡沫夹芯钢筋混凝土板及背贴纤维织物的钢筋混凝土板进行了落锤冲击试验,对试验现象及数据进行了分析研究。本文主要研究成果如下:1、在落锤5827.1J能量（6m高度）冲击下,泡沫夹芯钢筋混凝土板受冲击作用时间要长于普通混凝土板,相对于普通混凝土板泡沫夹芯钢筋混凝土板在支座反力峰值上减少了 34.2%,在落锤加速度峰值上减少了 30.91%,且夹芯钢筋混凝土板的破坏程度要远小于普通钢筋混凝土板;夹芯钢筋混凝土板的顶层板材料选用EPS泡沫颗粒替代石子的EPS混凝土,其整体抗冲击性能有所提高。2、对泡沫夹芯钢筋混凝土板进行落锤高度不同的冲击试验,通过分析总结得到泡沫夹芯钢筋混凝土板受落石冲击的三种冲击响应模式:1)试验板未破坏,始终处于弹性阶段;2)试验板局部屈服变形,但可以修复;3)试验板发生贯穿性破坏,无法继续使用。3、对泡沫板厚度不同的夹芯钢筋混凝土板进行了冲击对照试验,试验结果表明:泡沫板厚度对试验板抗冲击性能有一定影响,但是在一定厚度范围内对试验的影响并不大,各工况在泡沫板未被击穿的情况下底层钢筋混凝土板都得到很好的保护,在泡沫板被击穿的情况下破坏较为严重。4、依据复合装甲的防弹机理在夹芯板的表面铺设一层瓷砖（硬度高）,对其进行冲击试验,试验结果表明其抗冲击性能更强。故结合二者设计了夹芯板的改进方案,试验结果证明夹芯混凝土板的改进型成功抵御了本试验落锤所能达到的最大冲击能量（落锤高度14m）。5、在落锤最大冲击能量下（14m高度）,用碳纤维布的情形要明显优于芳纶纤维布,仅仅产生局部破坏区;而采用芳纶纤维布和未加任何防护措施的混凝土板,沿板面方向明显发生严重的贯穿性裂缝。由于两种复合材料较高的抗拉强度,有效地阻止了破坏区的混凝土碎块飞溅。
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