竹丛拦截落石机理与方案研究

发布时间：2019-09-12 10:59

【摘要】：本文通过模型试验和数值模拟方法分析了单根慈竹砸折所需能量的影响因素,根据分析出的因素,并以单根慈竹消能能力为基础,确定并推出一丛竹子砸折所消耗能量的能力,进而探讨了用竹丛拦截落石的方案。具体成果如下:(1)根据模型试验结果分析,经过对新老慈竹的最大值、最小值和平均值的比较分析,慈竹的竹龄、直径、厚度、长径比、长重比对砸折慈竹所需能量有明显的影响;慈竹的碰撞高度和径厚比对砸折慈竹所需能量的影响没有明显的规律。(2)根据模型试验结果分析,慈竹的年龄对砸折慈竹所需能量影响明显,总体的趋势是随着年龄变大,砸折慈竹所需能量是减少的。1~3年生、1年生和2~3年生的慈竹的砸折所需要的能量的标准值分别为246.79J、251.73J和235.77J。(3)根据模型试验结果分析,经过对新老慈竹的最大值、最小值和平均值的比较分析,慈竹的直径对砸折慈竹所需能量影响明显,总体趋势是随着慈竹直径的变大,砸折慈竹所需能量越大。新生竹的直径在35~55mm区间、35~40mm区间、41~45mm区间、46~50mm区间和51~55mm区间,砸折慈竹所需要的能量的标准值分别为251.73J、201.61J、242.15J、245.60J和254.13J;老竹的直径在39~55mm区间、39~40mm区间、41~45mm区间和46~51mm区间,砸折慈竹所需要的能量的标准值分别为235.87J、197.84J、232.42J和236.78J。(4)根据模型试验结果分析,经过对新老慈竹的最大值、最小值和平均值的比较分析,慈竹的厚度对砸折慈竹所需能量影响明显,总体趋势是随着慈竹厚度的变厚,砸折慈竹所需能量越大。新生竹的厚度在4~9mm区间砸折慈竹所需能量的标准值为251.73J,新生竹的厚度为4mm、5mm、6mm,砸折慈竹所需能量的标准值分别为232.89J、236.94J、253.99J,新生竹的厚度在7~9mm区间砸折慈竹所需能量的标准值为259.44J。老竹的厚度在4~7mm区间,砸折慈竹所需能量的标准值为235.87J;老竹的厚度为4mm、5mm,砸折慈竹所需要的能量的标准值分别为218.29J、231.94J;老竹的厚度在6~7mm区间,砸折慈竹所需能量的标准值为233.73J。(5)根据模型试验结果分析,经过对新老慈竹的最大值、最小值和平均值的比较分析,慈竹的长径比对砸折慈竹所需能量影响明显,随着长径比的逐渐变大,砸折慈竹所需能量越小。新生竹的长径比在65~103区间、65~70区间、71~76区间、77~85区间和86~103区间,砸折慈竹所需能量的标准值分别为251.73J,249.02J,259.17J,244.25J和234.77J;老竹的长径比在65~97区间、65~70区间、71~79区间和81~97区间,砸折慈竹所需能量的标准值分别为235.87J、239.17J、230.34J和225.93J。(6)根据模型试验结果分析,经过对新老慈竹的最大值、最小值和平均值的比较分析,慈竹的长重比对砸折慈竹所需能量影响明显,随着长重比的变大砸折慈竹所需要的能量是下降的。新生竹的长重比在0.9~2.7m/kg区间、0.9~1.3m/kg区间、1.4~1.8m/kg区间和1.9~2.7m/kg区间,砸折慈竹所需能量的标准值为分别为251.73J、256.40J、245.63J和240.07J;老竹的长重比在1.2~2.2m/kg区间、1.2~1.3m/kg区间、1.5~1.6m/kg区间和1.7~2.2m/kg区间砸折慈竹所需能量的标准值分别为235.87J、231.43J、233.07J和228.71J。(7)慈竹各个参数对砸折慈竹所需能量的影响,对慈竹根数分布在各个能量区间进行了统计,发现大部分分布在232.32~258.13J区间根数最多。(8)结合模型试验和数值模拟估算出,估算出一丛慈竹最小消耗3975.55J,最多消耗10890.88J。
【图文】：

落石,试件,慈竹,提手

图 3-1 落石试件升装置试件上预先埋置提升把手，，人力成，总高度 7.2m。具体的冲击能量，是滚石的下落的提手和手拉葫芦的挂钩连接,用片刻后，松手，则滚石即以初速表 3.1 慈竹试验参数新生竹 4.0~4.5cm 4.5~5.0cm 3.5~4.0cm

液压管

图 3-1 液压管夹装配在焊接板上装配前，为更好地确定夹的方向，建议先在固定处做好标记，后焊上焊接，嵌上管夹体的下半部分，放上需固定的竹子。再放上另一半管夹身和盖板，用螺钉拧紧。在实验室在抗冲管夹固定的方式进行落石冲击模拟实验，为了得出落石冲击能量的准确值，将竹子水平根部方向进行固定，利用起吊装置将混凝土试块拉升至一定高度，然后使落石无处速度自由下落并冲击下方的竹子。在不考虑空气阻尼的情况下，有落石的质量和下落高度可得出落石的冲击能量。试验前在试验场地拉上横幅，塔架搭设好。并将竹子固定在装置上以后，将落石试件瞄向竹丛的竹杆稍部，将其提升到指定位置，自由释放试件，并开动相机记录试件碰触，拍下碰撞过程，并查看竹杆破坏情况，并进行拍照。拍摄完以后，在瞄准中部、上部进行试验。依次升高释放高度，重复以上步骤。当竹丛发生砸折的情况应特别留意，并记录。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P642.21

【参考文献】