一种多级耗能的坠物冲击防护结构的制作方法

1.本发明涉及一种防坠物结构，具体涉及一种可移动式的通过设置多级耗能装置来防止高空施工坠物冲击作用的防护棚，属于工程施工领域。


背景技术：

2.在工程施工期间，高空坠物等事故频发，若在施工前不采取适当的防护措施，将会导致高空坠物事件的发生，轻则损坏工程设施，重则危及人的生命安全。而对于一些地铁改扩建工程，任何的高空坠物都会严重影响行车安全而导致交通堵塞，甚至会导致城市交通瘫痪。
3.目前，对于工程施工期间设置的防坠物防护结构多采用固定简易防护棚，严重影响了地面的施工，且现有的施工坠物防护结构存在诸多缺点，例如传统的防护棚在遭受一次较小的高空坠物之后，防护结构会发生一定变形，整体结构必须进行更换，不仅耽误工期而且会增加预算成本。传统的防护结构仅仅采用单层防护结构，坠物冲击力过大时，极易造成防护结构失效的弊端，难以保障设施、行车以及人员的安全。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：针对目前的高空坠物防护结构无法有效抵御坠物冲击的问题，提供一种移动式的、通过多级耗能装置来防止冲击作用的防护棚，可以实现“小坠物可更换，大坠物保安全”的目的。。
5.本发明的技术方案为：
6.一种多级耗能的坠物冲击防护结构，包括立柱，立柱上安装杠杆式位移放大装置，杠杆支点位于立柱顶端，杠杆前端安装两向交叉网架，杠杆末端通过阻尼器和立柱柱身连接。
7.所述两向交叉网架是由上下两层网架组成，两层网架之间用伸缩杆件连接，网架上安装有防坠板。
8.两向交叉网架的骨架结构由六面体单元组合而成，每个六面体单元由8个十字管筒型板节点、4个上弦杆、4个斜腹杆、4个下弦杆、4个竖腹杆和4个减震弹簧组成，十字管筒型板节点上下对称布置，上下两个十字管筒型板节点的管筒中安装竖腹杆和减震弹簧，同一水平面的十字管筒型板节点之间用上弦杆或下弦杆连接，斜腹杆连接六面体一个侧面上斜向的两个十字管筒型板节点。竖腹杆是圆截面实心钢管，竖腹杆两端置于十字管筒型节点的套筒内，以实现轴向可缩短的功能。
9.十字管筒型板节点由一个套筒、一个盖板和四个耳板组成，套筒竖立在盖板中央，四个耳板呈十字形连接套筒和盖板。
10.所述上弦杆、斜腹杆、下弦杆均是角钢，上弦杆、斜腹杆或下弦杆和耳板之间的连接结构为铰接或通过单个螺栓连接。
11.杠杆式位移放大装置的主体结构是一根弯折的异形连杆，异形连杆的弯折处铰装
在立柱顶端，折形杆的前端铰装在两向交叉网架底面，折形杆后端和阻尼器铰接。所述阻尼器为液压阻尼器，一端通过异形连杆上的端头连接于阻尼器端部的圆孔，另外一端通过销轴以及螺栓连接于立柱的柱身。
12.杠杆式位移放大装置由异形连杆和连接帽组成，异形连杆的弯折处和端部均有一个横向的转轴，连接帽的连接座中间有一道通槽，通槽两侧安装固定套，异形连杆的转轴通过固定套铰装在连接座中。
13.异形连杆的弯折处和近端各铰装一个连接帽，两个连接帽反向布置，弯折处的连接帽固定在立柱顶端，近端的连接帽固定在两向交叉网架底部。
14.异形连杆的弯折点根据所需放大位移的倍数进行调整，弯折的夹角因根据位移放大的倍数以及异形连杆行程范围里是否会与连接座发生碰撞来确定。
15.设有四根立柱，立柱底部安装滑轮，每根立柱外侧铰装一个阻尼器，阻尼器上端和杠杆式位移放大装置铰接。
16.本发明的有益效果是：
17.本发明提供了一种移动式的、通过多级耗能装置来防止冲击作用的防护棚，它在施工现场安放后，可以防止各种冲击能量的坠物。当冲击能量较小的坠物砸在防坠板表面时，防坠板通过自身的变形即可吸收冲击能量，防坠板本身由于是通过螺栓固定于网架上弦杆，在遭遇一次冲击变形后，它是可以进行更换的。当坠物冲击能量较大时，防护棚设置的多级耗能装置便可以发挥效果。首先通过防坠板自身的变形吸收一定的能量，紧接着由于网架上下层之间发生一定的压缩导致减震耗能弹簧也发生一定的耗能效果，最后网架的整体竖向位移通过杠杆式位移放大装置传导至阻尼器发生耗能作用。通过防护棚设置的多级耗能装置来防止高空坠物的冲击作用，可以实现“小坠物可更换，大坠物保安全”的目的。
18.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
19.(1)传统的防护结构只能在特定位置使用，并不能随着施工地点的改变而进行移动，每次都需要对结构进行拆卸和安装，严重耽误了工期。本发明通过在钢立柱的下方安装滑轮，让防护结构能够随着施工地点的改变而随时进行移动，能够缩短一定的工期。
20.(2)传统的防护结构在遭受一次较小的高空坠物之后，虽然整体结构不会破坏，但是由于局部结构发生一定的损坏，因此整个结构都需要进行更换，不仅耽误工期而且增加了预算成本。本发明在遭受一次较小的高空坠物之后，只需更换变形的防坠板并且进行适当的检修便可以重新投入使用；
21.(3)传统的防护结构仅仅采用单层防护结构，坠物冲击力较大时，极易造成防护结构失效。本发明通过设置防坠板、减震耗能弹簧、阻尼器的三级耗能装置来防止高空坠物的冲击作用，可以实现“小冲击可更换，大冲击保安全”的目的；
22.(4)传统的防护结构虽然考虑了冲击作用，施加了一定的减震吸能的装置，但是由于并未加入相应的放大装置，因此往往减震吸能的效果并不是很理想。本发明通过安装杠杆式位移放大装置来增加阻尼器的耗能效果，更能达到理想的减震吸能的效果。
附图说明：
23.图1为本技术的防护棚的结构示意图。
24.图2为本技术的实施例提供的十字管筒型板结点的爆炸图。
25.图3为本技术的实施例提供的防坠板安装与弦杆的示意图。
26.图4为本技术的实施例提供的双层网架结构示意图。
27.图5为本技术的实施例提供的杠杆式位移放大装置的爆炸图。
28.图6为本技术的实施例提供的阻尼器和钢柱身的连接示意图。
29.图示序号：
30.1—两向交叉网架
31.11—防坠板；12—十字管筒型板节点；13—上弦杆；14—斜腹杆；15—下弦杆；16—普通螺栓；17—竖腹杆；18—减震弹簧
32.121—耳板；122—套筒；123—盖板
33.2—杠杆式位移放大装置
34.21—连接帽；22—异形连杆
35.211—连接座；212-固定套
36.3—阻尼器
37.31—固定板；32-销轴
38.4—立柱
39.5—滑轮
具体实施方式
40.实施例：
41.本实施例公开的这种可移动式的设置多级耗能装置的防护棚由两向交叉网架1、杠杆式位移放大装置2、阻尼器3、钢制的立柱4、滑轮5构成。
42.所述两向交叉网架包括防坠板11、十字管筒型板节点12、上弦杆13、斜腹杆14、下弦杆15、竖腹杆17、减震弹簧18。
43.如图3所示，防坠板11是一块正方形的钢板，钢板厚度不宜太薄，因为要通过上层防坠板自身的变形吸收一定的冲击能量。下层的防坠板11作为一定的安全储备使用。防坠板11四角通过螺栓连接至盖板123，因此防坠板11四角可进行局部加厚，防止钢板四角在连接开孔处由于应力集中突发撕裂破坏而不能充分通过防坠板自身的变形吸收一定的冲击能量。
44.如图2所示，十字管筒型板节点12由耳板121、套筒122、盖板123组成，各零件的尺寸均由相应两向交叉网架的大小自行确定，预先在工厂中制作完成，再运输至现场进行制作。耳板121是一块矩形板切下一个直角形成的五边形板。套筒是一个空心钢管，内壁光滑。盖板123是一块正方形的钢板。制作顺序是先将盖板123焊接至套筒122截面处，再将四块耳板121焊接至套筒122的四周并和盖板123也焊接。
45.如图4所示，构成两向交叉网架1的上弦杆13、斜腹杆14、下弦杆15均由两根角钢组成，角钢宜选用不等边角钢，两根不等边角钢组成的截面宜使两个方向的截面惯性矩相差不大，具体的角钢的长度可以由所需双层网架的高度自行确定。对于角钢的加工宜选择在工厂中预先制作完成，再运输至现场进行装配。为保证上下层之间能够发生压缩，除竖腹杆以外的角钢两端均通过单个普通螺栓连接至十字管筒型板节点12的耳板121。两向交叉网架1由四个正六面体单元组成，六面体单元以8个十字管筒型板节点12为顶点，上下两个十
字管筒型板节点12相对布置并安装竖腹杆17和减震弹簧18，十字管筒型板节点12按照图中所示的结构安装弦杆和腹杆。
46.两向交叉网架1中的竖腹杆17不同于弦杆和斜腹杆14，竖腹杆17是圆截面的实心钢管，竖腹杆17两端置于十字管筒型节点12的套筒内，以实现轴向可缩短的功能。为保证套筒122和竖腹杆可以发生相对的滑动，竖腹杆表面要有一定的光滑度，竖腹杆的直径与十字管筒型板节点12的套筒的内径相匹配，套筒内壁光滑，光滑区域作为双向滑移段，并且两者相互接触的表面涂抹一定的黄油等润滑液体，并可以用橡胶套封边防止润滑液体外露。
47.如图4所示，减震弹簧18外包于竖腹杆，处于上下十字管筒型节点的套筒之间，以缓冲高空坠物的冲击作用。当坠物冲击能量较大时，防护棚设置的多级耗能装置便可以发挥效果。首先通过防坠板自身的变形吸收一定的能量，紧接着由于网架上下层之间发生一定的压缩导致减震耗能弹簧也发生一定的耗能效果。
48.如图5所示，杠杆式位移放大装置2由异形连杆22、连接帽21组成，杠杆式位移放大装置2通过连接两向交叉网架1中的下盖板123以及阻尼器3并且以钢柱为支点，实现网架的竖向位移放大，放大位移后的阻尼器3更能充分的实现冲击能量的耗散。
49.如图5所示，连接帽21由连接座211、固定套212组成。固定套212为一个空心的圆筒。连接座211为表面有放置固定套位置的立方体，同时为了保证异形连杆22能够有较大的转动，所以连接座中央有较大的通槽。
50.在对杠杆式位移放大装置2连接时，先将异形连杆22的光滑端头插入固定套212内，为保证异形连杆22能够绕着固定套212发生一定的转动，固定套212内壁光滑，光滑区域作为双向滑移段，异形连杆22端头直径与固定套的内径相匹配，并且两者相互接触的表面涂抹一定的黄油等润滑液体。再将固定套焊接至连接座211相应的位置，此时杠杆式位移放大装置便制作完成。
51.如图6所示，在制作时，杠杆式位移放大装置2的一个连接座211底面贴近两向交叉网架下盖板123，再将两者焊接成为一体。另一个连接座放置在钢立柱4的顶部，通过焊接实现与钢立柱顶部的连接。异形连杆通过自带的端头直接插入阻尼器端部的圆孔使之铰接可以发生转动，因此阻尼器3端部的圆孔内壁光滑。
52.阻尼器3可选用液压阻尼器或其它成熟的阻尼器，阻尼器3一端自带有圆孔，异形连杆22的端部通过端头插入圆孔以实现一定的转动效果，阻尼器3另一端先将固定板31通过螺栓连接至钢柱身，若实际情况需要可以在钢柱身固定板连接的位置设置一定的加劲肋，以避免钢板的局部失稳。然后通过销轴实现固定板与阻尼器的连接。
53.本实施例中，两向交叉网架的高度影响着其他零件的尺寸，因此对于网架的高度需要根据实际现场的场地条件等因素决定。各杆件及节点强度需根据设计计算决定。现场使用时，可将本装置通过整体安装或现场拼装方式安装在在需要保护的对象两侧预设轨道上。本装置应位于需保护对象上方，且其竖向投影应覆盖被保护对象。上方施工位置发生变化时，推动本装置沿预设轨道上移动，保护新的下方区域。另外，本技术附图说明中只绘制了两节的网架，因此对于现场所需较大的防护面积时，可以增加网架节以及防坠板的数量以确能完全覆盖所需保护的场地。
54.杠杆式放大装置2的异形杆的长度可根据所需放大位移的倍数进行调整。异形连杆两杆的夹角是为了避免连杆在转动的过程中与连接座发生一定的碰撞而不能实现位移
放大的效果，因此两杆之间的夹角因根据位移放大的倍数以及异形连杆行程范围里是否会与连接座发生碰撞来确定。连接座211中间的通槽深度同样也应该由异形连杆行程范围里是否会与连接座发生碰撞来做进一步的调整，而连接座间隙为了能让连杆转动不被卡住，因此间距应该略大于连杆的直径。
55.初始状态下，杠杆式位移放大装置2将两向交叉网架的竖向重力传递给阻尼器3受拉，阻尼器3无明显拉伸，此时整体结构处于初始平衡状态。
56.当冲击能量较小的坠物砸在防坠板11表面时，防坠板11通过自身的变形即可吸收冲击能量，防坠板11本身由于是通过螺栓固定于网架上弦杆，在遭遇一次冲击变形后，它是可以进行更换的。下层的防坠板11作为一定的安全储备使用。当坠物冲击能量较大时，防护棚设置的多级耗能装置便可以发挥效果。首先通过防坠板自身的变形吸收一定的能量，紧接着由于网架上下层之间发生一定的压缩导致减震耗能弹簧也发生一定的耗能效果，最后网架由于发生整体竖向位移迫使杠杆式放大装置2围绕钢立柱的顶部发生一定的转动，进而实现位移放大的效果让阻尼器产生拉伸消耗输入的冲击能量。