本发明涉及地质灾害防护技术领域，具体而言，涉及一种缓冲消能结构。
背景技术：
工程建设的各领域中，由于天气影响和人为干扰导致落石灾害发生的频率很高，同时造成的威胁和损失也非常大，尤其在铁路、公路这样的线状工程沿线最为严重。被动拦石网常会出现在落石灾害易发区，用于保护区域内的各类设施和人员安全。
被动拦石网是由多构件组合而成的结构体系，其主要受力构件采用特定形式的金属柔性网，配合柔性钢丝绳锚杆、支撑绳、拉锚绳、缝合绳的采用，以及被动拦石网中钢柱与基座间的活动铰接方式等的应用，保证了整个系统的柔性匹配，从整体上成为高强度柔性结构。
柔性网是被动拦石网的核心构成部分，是整个系统中唯一的面状拦挡结构，其主要功能是实现对落石的直接拦截，因此通常首先遭受落石的直接冲击，并在通过自身的弹性和(或)塑性变形消散部分落石动能的同时，还必须将落石动能的剩余部分以冲击荷载的形式分散传递到钢柱、支撑绳、拉锚绳、消能件等构件上，并最终通过锚杆传递给稳定地层。
目前，被动拦石网所采用的承载柔性网类型主要有环形网、spider绞索网、tecco网、quarox网和钢丝绳网。国内常用的rxi系列、rxi-a系列及rxe系列被动拦石网所用的承载柔性网都为环形网。环形网的每一网环是由多圈φ3的高强钢丝盘绕而成，编织时环与环之间进行平面嵌套，形成有类似弹簧功效的拦截结构。环形网结构的截面面积较大，因而其抗切断能力很强。环形网的网孔为圆形，具有一定的几何变形能力。当某一网环受冲击的时候它自身可以发生几何形状改变，释放一定的空间位移，同时它也会带动周边的网环参与受力，将荷载分摊、传递到防护网的其他环上。所有环的变形位移叠加在—起，就会对落石产生极大的缓冲，这种结构特征使得环形网具有较大的变形空间和较好的柔性，因而其抗冲击能力也很强，以其作为拦截网的系统可用于高能级的落石拦截。
环形网的结构特征使其“子弹效应”速度达到30m/s。所谓“子弹效应”是指虽然冲击动能在系统防护能级范围以内，但由于落石的速度太快，被动拦石网来不及发挥其缓冲消能作用而被局部击穿的现象。另外，环形网不能对小块落石进行有效拦截，如需拦截小块落石时，需要附加一层铁丝格栅。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种缓冲消能结构，主要用于环形被动拦石网，可降低落石对环形网的冲击速度，大幅度提高发生“子弹效应”的速度阈值，并避免过大的局部应力集中，提高被动拦石网能量吸收能力，实现对落石的有效防护。
本发明是这样实现的：
一种缓冲消能结构，用于环形被动拦石网，包括：
弹性橡胶壳体，弹性橡胶壳体具有相对设置的第一端面以及第二端面，第二端面上开设有环形安装凹槽；
压缩弹性件，压缩弹性件具有相对设置的第三端面与第四端面，且压缩弹性件从第三端面至第四端面的尺寸逐渐增大，从而形成塔状结构的压缩弹性件，且第三端面用于安装于第二端面上开设的环形安装凹槽内，第四端面用于与环形被动拦石网固定连接。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，压缩弹性件为压缩弹簧，且在压缩弹簧的第三端面至第四端面的方向上，相邻两圈弹簧中，上一圈弹簧的外径均小于下一圈弹簧的外径，上一圈弹簧的外径大于下一圈弹簧的内径。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，压缩弹簧的第三端面与第四端面的结构均为两端圈并紧磨平型式。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，弹性橡胶壳体呈圆柱形。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，环形被动拦石网具有多个网环，缓冲消能结构与多个网环一一对应设置，且缓冲消能结构中的压缩弹性件的第四端面与网环固定连接。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，环形被动拦石网中的每个网环周围均链式套接有六个相同网环。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，网环与缓冲消能结构中的压缩弹性件的第四端面通过缝合绳固定连接。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，缝合绳为钢丝绳。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，压缩弹性件的第三端面卡入弹性橡胶壳体的第二端面上的环形安装凹槽内，使得压缩弹性件稳固不松动。
本发明的实施例提供的缓冲消能结构的有益效果为：
本发明提供了一种缓冲消能结构，用于环形被动拦石网，主要包括弹性橡胶壳体以及压缩弹性件。首先，这样设计可以将弹性件与橡胶的优点集于一体，橡胶弹性模量小，受载后有较大的弹性变形，借以吸收冲击；压缩弹簧具有很强的弹性变形能力，受载后能增加缓冲作用时长，减小落石对环形网的冲击力。其次，弹性橡胶壳体具有相对设置的第一端面以及第二端面，第二端面上开设有环形安装凹槽，压缩弹性件具有相对设置的第三端面与第四端面，且压缩弹性件从第三端面至第四端面的尺寸逐渐增大，从而形成塔状结构的压缩弹性件，且第三端面用于安装于第二端面上开设的环形安装凹槽内，第四端面用于与环形被动拦石网固定连接。这样设计，可以有效地避免环形网过大的局部应力集中，保证环形被动拦石网的正常运营。此外，该发明极易组装，具有很强的操作性，当该缓冲消能结构的局部受到损坏时，对弹性橡胶壳体以及压缩弹性件进行更换操作简单即可，从而能有效地降低了成本。
综上所述，该缓冲消能结构，可降低落石对环形网的冲击速度，大幅度提高发生“子弹效应”的速度阈值，并避免过大的局部应力集中，提高被动拦石网能量吸收能力，实现对落石的有效防护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的实施例提供的缓冲消能结构在第一视角下的结构示意图；
图2为本发明的实施例提供的缓冲消能结构在第二视角下的结构示意图；
图3为本发明的实施例提供的弹性橡胶壳体的结构示意图；
图4为本发明的实施例提供的压缩弹性件的结构示意图；
图5为本发明的实施例提供的缓冲消能结构与环形网连接后的结构示意图；
图6为本发明的实施例提供的缓冲消能结构安装到环形被动拦石网101上的结构示意图。
图标：100-缓冲消能结构；101-环形被动拦石网；103-弹性橡胶壳体；105-第一端面；107-第二端面；109-环形安装凹槽；111-压缩弹性件；113-第三端面；115-第四端面；117-网环；119-缝合绳；121-钢柱；123-底座；125-上拉锚绳；201-边坡表面；203-环形网。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
图1为本实施例提供的缓冲消能结构100在第一视角下的结构示意图；图2为本实施例提供的缓冲消能结构100在第二视角下的结构示意图。请参阅图1与图2，本实施例提供了一种缓冲消能结构100，包括：弹性橡胶壳体103与压缩弹性件111。
图3为本实施例提供的弹性橡胶壳体103的结构示意图。图4为本实施例提供的压缩弹性件111的结构示意图。请参阅图1至图4，在本实施例中，弹性橡胶壳体103具有相对设置的第一端面105以及第二端面107，第二端面107上开设有环形安装凹槽109。环形安装凹槽109的外径等于压缩弹性件111的第三端面113的端外直径，弹性橡胶壳体103的环形安装凹槽109的内径等于压缩弹性件111的第三端面113的端内直径。弹性橡胶选用减震性能优良的材质，其具体的选用可根据具体工程情况确定。
在本实施例中，压缩弹性件111具有相对设置的第三端面113与第四端面115，且压缩弹性件111从第三端面113至第四端面115的尺寸逐渐增大，从而形成塔状结构的压缩弹性件111，且第三端面113用于安装于第二端面107上开设的环形安装凹槽109内。具体地可以通过将压缩弹性件111的第三端面113卡入弹性橡胶壳体103的第二端面107上的环形安装凹槽109内，使得压缩弹性件111稳固不松动。其中，环形被动拦石网101包括环形网203。第四端面115用于与环形被动拦石网101的环形网203固定连接。这样设计，可以将弹性件与橡胶的优点集于一体，橡胶弹性模量小，受载后有较大的弹性变形，借以吸收冲击；压缩弹簧具有很强的弹性变形能力，受载后能增加缓冲作用时长，减小落石对环形网203的冲击力。可以有效地避免环形网203过大的局部应力集中，保证环形网203的正常运营。此外，该发明极易组装，具有很强的操作性，当该缓冲消能结构100的局部受到损坏时，对弹性橡胶壳体103以及压缩弹性件111进行更换操作简单即可，从而能有效地降低成本。
请再次参阅图3，作为优选的方案，在本实施例中，弹性橡胶壳体103呈圆柱形。橡胶弹性模量小，受载后有较大的弹性变形，借以吸收冲击。当然，在本发明的其他实施例中，弹性橡胶壳的形状还可以根据需求进行选择，本发明的实施例不做限定。
作为优选的方案，在本实施例中，压缩弹性件111为压缩弹簧。且在压缩弹簧的第三端面113至第四端面115的方向上，相邻两圈弹簧中，上一圈弹簧的外径均小于下一圈弹簧的外径，上一圈弹簧的外径大于下一圈弹簧的内径。压缩弹簧的第三端面113与第四端面115的结构均为两端圈并紧磨平型式。压缩弹簧具有很强的弹性变形能力，受载后能增加缓冲作用时长，减小落石对环形网203的冲击力。压缩弹簧的第四端面115的端外直径选定的值要略小于环形网203网孔内切圆直径与2倍环形网203的网环117等效截面直径的差值。同时，需要说明的是，在本实施例中，压缩弹簧的第三端面113的端外直径、第四端面115的端外直径、自由高、总圈数及弹簧钢丝线径等参数须根据拟设防能级的被动拦石网、环形网203网孔直径等具体工程情况确定。
图5为本实施例提供的缓冲消能结构100与环形网203连接后的结构示意图，图6为本实施例提供的缓冲消能结构100安装于环形被动拦石网101上的结构示意图。请参阅图1至图6，环形网203具有多个网环117，缓冲消能结构100与多个网环117一一对应设置，且缓冲消能结构100中的压缩弹性件111的第四端面115与网环117固定连接。当落石冲击环形网203时，所产生的荷载首先通过缓冲消能结构100的作用得以部分消散，进而引发环形网203出现位移变形拉动整个系统参与受力。根据运动学的动量定理可知，由于缓冲消能结构100具有明显的柔性，其允许变形大、缓冲作用时间长，所发生的冲击力较小，这就充分发挥了“以柔克刚”的结构特性。因此，该缓冲消能结构100可降低落石对环形网203的冲击速度，大幅提高发生“子弹效应”的速度阈值，并避免过大的局部应力集中，提高被动拦石网能量吸收能力，实现对落石的有效防护。
作为优选的方案，环形网203中的每个网环117周围均链式套接有六个相同网环117，形成1-6型环形网。采用本发明的实施例提供的缓冲消能结构100的1-6型环形网可实现对小块落石的有效拦截。
需要说明的是，在本实施例中，网环117与缓冲消能结构100中的压缩弹性件111的第四端面115通过缝合绳119固定连接。将缓冲消能结构100中弹簧的第四端面115与环形网203的网环117用缝合绳119绕圆周缝合。即从单个网环117的一点开始，将缝合绳119以顺时针形式逐步将弹簧第四端面115与网环117缠绕在一起，直至缝合绳119绕网环117一周出现前后缝合端头重叠，停止缝合做好绳结。通过多个的缓冲消能结构100与环形网203内所有网环117的缝合，最终将缓冲消能结构100与环形网203固定在一起。在环形网203安装时须使缓冲消能结构100的弹性橡胶壳体103的第一端面105朝向边坡落石发生的一侧。
进一步优选地，在本实施例中，缝合绳119为钢丝绳。当然，在本发明的其他实施例中，缝合绳119的种类还可以根据需求进行选择，本发明不做限定。
请再次参阅图6，在本实施例中，在环形网203安装时须使缓冲消能结构100的弹性橡胶壳体103的第一端面105面朝向落石发生的一侧。当边坡危岩受扰动发生落石时，若单个落石体积小，单个缓冲消能结构100最先受到落石冲击作用；若单个落石体积大，多个缓冲消能结构100同时最先受到落石冲击作用。
综上所述，本实施例提供的缓冲消能结构100的工作原理及有益效果为：
本发明提供了一种缓冲消能结构100，用于环形被动拦石网101，主要包括弹性橡胶壳体103以及压缩弹性件111。首先，这样设计可以将弹性件与橡胶的优点集于一体，橡胶弹性模量小，受载后有较大的弹性变形，借以吸收冲击；压缩弹簧具有很强的弹性变形能力，受载后能增加缓冲作用时长，减小落石对环形被动拦石网101的环形网203的冲击力。其次，弹性橡胶壳体103具有相对设置的第一端面105以及第二端面107，第二端面107上开设有环形安装凹槽109，压缩弹性件111具有相对设置的第三端面113与第四端面115，且压缩弹性件111从第三端面113至第四端面115的尺寸逐渐增大，从而形成塔状结构的压缩弹性件111，且第三端面113用于安装于第二端面107上开设的环形安装凹槽109内，第四端面115用于与环形网203固定连接。这样设计，可以有效地避免环形网203过大的局部应力集中，保证环形网203的正常运营。此外，该发明极易组装，具有很强的操作性，当该缓冲消能结构100的局部受到损坏时，对弹性橡胶壳体103以及压缩弹性件111进行更换操作简单即可，从而能有效地降低了成本。
当落石冲击环形网203时，所产生的荷载首先通过缓冲消能结构100的作用得以部分消散，进而引发环形网203出现位移变形拉动整个系统参与受力。根据运动学的动量定理可知，由于缓冲消能结构100具有明显的柔性，其允许变形大、缓冲作用时间长，所发生的冲击力较小，这就充分发挥了“以柔克刚”的结构特性。因此，该缓冲消能结构100可降低落石对环形网203的冲击速度，大幅提高发生“子弹效应”的速度阈值，并避免过大的局部应力集中，提高被动拦石网能量吸收能力，实现对落石的有效防护。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。