落石被动柔性防护网非线性静力设计方法及验证

被动柔性防护网是一种常见的落石灾害防治措施。针对当前落石被动柔性防护网尚无适用的工程化设计方法的现状,以非线性计算过程中结构内能与设计防护能级相等作为加载完成的判别准则,建立了落石被动柔性防护网的非线性静力设计方法。基于LS-DYNA对250~5000 kJ共8种常用能级的被动柔性防护网开展非线性动力分析,明确了冲击力的分布范围及相对大小,形成了适用于不同能级落石被动柔性防护网非线性静力设计的荷载模式。为了有效模拟被动柔性防护网特殊的受力特征,开发了由索单元与受拉弹簧单元组成的非线性耗能单元用于耗能器模拟,开发了内部由多段索单元组成的滑移索单元用于滑移边界以及网环单元模拟。基于对网片冲击试验的反演和3500 kJ被动柔性防护网的设计及足尺冲击试验检验,验证了所提出的落石被动柔性防护网非线性静力设计方法的有效性。

柔性落石防护系统丝束环形网拉-弯刚度协调模型

常用于柔性防护系统的环形网由离散的高强钢丝束编制而成,广泛用于落石灾害防护。既有研究中,环形网常等效为等截面积的圆截面梁单元,该方法无法解决网环的拉–弯刚度协调及失效预测难题。为此,引入网环离散丝束截面的抗拉、抗弯刚度修正系数及拉–弯刚度协调因子,构建了网环的拉–弯刚度协调模型。开展单环和环链拉伸试验以明确模型等效参数,同时揭示了网环接触区失效机制。进一步开展网片冲击试验,比较分析冲击变形、冲击力和网片极限承载能量等关键动力响应指标,分析结果显示,模型的预测误差分别为3.0%,6.6%和5.9%,相较既有等截面模型,对网片极限承载能量的预测精度平均可提高20.4%。拉–弯刚度协调模型能够实现环形网加载刚度和失效点的准确预测,可显著提升落石柔性防护系统的设计精度。