《柔性棚洞防護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》

CECSCECSXXX:202X

中國工程建設(shè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)

柔性棚洞防護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程

Technicalspecificationforflexibleshed

（征求意見稿）

20XX年月

目??次

1總則...............................................................1

2術(shù)語和符號.........................................................2

2.1術(shù)語...........................................................2

2.2符號...........................................................3

3基本規(guī)定...........................................................4

4勘查...............................................................6

4.1一般規(guī)定.......................................................6

4.2地質(zhì)勘查要求....................................................6

4.3危巖（落石）特征分析...........................................7

5工程設(shè)計(jì)...........................................................8

5.1一般規(guī)定.......................................................8

5.2設(shè)計(jì)原則.......................................................8

5.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)......................................................13

5.4構(gòu)造要求......................................................21

5.5基礎(chǔ)設(shè)計(jì)......................................................22

6質(zhì)量檢驗(yàn)..........................................................24

6.1一般要求......................................................24

6.2質(zhì)量證明......................................................24

6.3材料、部件及整體性能檢驗(yàn)......................................24

7運(yùn)輸、安裝及驗(yàn)收..................................................25

7.1包裝、運(yùn)輸、貯存...............................................25

7.2安裝..........................................................25

7.3工程驗(yàn)收.......................................................26

8保養(yǎng)和維修........................................................28

附錄A：危巖體穩(wěn)定性分析方法與評價(jià)..................................30

附錄B：危巖落石計(jì)算分析方法........................................35

附錄C:材料性能檢驗(yàn)................................................38

附錄D:部件性能檢驗(yàn)................................................40

附錄E:整體性能檢驗(yàn)................................................47

本規(guī)程用詞說明......................................................53

引用標(biāo)準(zhǔn)名錄........................................................54

CONTENTS

1GeneralProvisions.........................................................................................................1

2TermsandSymbols........................................................................................................2

2.1Terms.......................................................................................................................2

2.2Symbols...................................................................................................................3

3GeneralRequirements....................................................................................................4

4Prospecting.....................................................................................................................6

4.1GeneralRequirements.............................................................................................6

4.2GeologicalExplorationRequirements....................................................................6

4.3AnalysisonCharacteristicsofDangerousRock(Rockfall)....................................7

5EngineeringDesign........................................................................................................8

5.1GeneralRequirements.............................................................................................8

5.2DesignPrinciples.....................................................................................................8

5.3StructuralDesign...................................................................................................13

5.4ConstructionRequirements...................................................................................21

5.5FoundationDesign.................................................................................................22

6QualityInspection........................................................................................................24

6.1GeneralRequirements...........................................................................................24

6.2QualityCertificate.................................................................................................24

6.3Material,ComponentandOverallPerformanceInspection..................................24

7Transportation,InstallationandAcceptance................................................................25

7.1Packaging,TransportationandStorage.................................................................25

7.2Installation.............................................................................................................25

7.3AcceptanceofConstructionQuality.....................................................................26

8Maintenance.................................................................................................................28

AppendixAStabilityAnalysisMethodandEvaluationofDangerousRock.............30

AppendixBCalculationandAnalysisMethodofRockfall.............................................35

AppendixCMaterialPerformanceTests................................................................................38

AppendixDComponentPropertyTests.................................................................................40

AppendixEOverallPerformanceTests..................................................................................47

ExplanationofWordingInthisSpecification.............................................................................53

ListofQuotedStandard...............................................................................................................54

1總則

1.0.1為了在柔性棚洞設(shè)計(jì)中，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約能源、質(zhì)量可靠、

生態(tài)環(huán)保，制定本規(guī)程。

1.0.2本規(guī)程適用于城鎮(zhèn)建設(shè)、鐵路、公路、水利、水電、國土資源、礦山、軍事洞庫區(qū)等

領(lǐng)域邊坡落石、崩塌體等地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)中采用的柔性棚洞的勘查、設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)。

1.0.3柔性棚洞可作為邊坡落石防護(hù)工程的一部分，與其他工程措施配合使用，也可獨(dú)立使

用，使用時(shí)應(yīng)明確柔性棚洞的使用年限。

1.0.4設(shè)計(jì)柔性棚洞和選擇結(jié)構(gòu)方案時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮鋼結(jié)構(gòu)制作、運(yùn)輸、安裝和混凝土澆筑、

施工以及建成后的環(huán)境影響、維護(hù)保養(yǎng)等問題。

1.0.5柔性棚洞工程勘查、設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)，除遵照本規(guī)程外，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)

準(zhǔn)的規(guī)定。

·1·

2術(shù)語和符號

2.1術(shù)語

2.1.1柔性棚洞flexibleshed

以鋼材或其他材料作為支撐結(jié)構(gòu)，以柔性網(wǎng)、緩沖單元和附加支撐構(gòu)件作為柔性緩沖層

形成緩沖系統(tǒng)，以及基礎(chǔ)組合而成的用于攔截崩塌落石的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

2.1.2正常服役防護(hù)能級serviceprotectiveenergy（SEL）

柔性棚洞在正常工作狀態(tài)下能夠承受連續(xù)沖擊的落石能量。

2.1.3極限防護(hù)能級maximumprotectiveenergy（MEL）

柔性棚洞能夠成功攔截的落石最大沖擊能量。

2.1.4安全等級protectiongrade

根據(jù)柔性棚洞在防護(hù)工程中的作用、保護(hù)對象的重要性、結(jié)構(gòu)破壞的危害程度、維護(hù)的

難易程度以及經(jīng)濟(jì)性等因素，所確定的防護(hù)設(shè)防等級。

2.1.5落石rockfall

在重力或其他外力作用下突然從斜坡上向下墜落或滾落的巖石塊體。

2.1.6緩沖系統(tǒng)bufferstructure

由柔性網(wǎng)，緩沖單元、鋼絲繩和其他鋼構(gòu)件組成，用于攔截落石，并將作用力傳遞至支

撐結(jié)構(gòu)。

2.1.7支撐結(jié)構(gòu)supportstructure

由鋼材或其他材料制成的結(jié)構(gòu)，用于支撐柔性緩沖層，并固定于基礎(chǔ)。

2.1.8緩沖單元energydissipatingdevice

配置于結(jié)構(gòu)上的用于吸收沖擊能量的裝置。

2.1.9柔性網(wǎng)flexiblenet

用鋼絲繩、鋼絲編制或纏繞形成的金屬網(wǎng)。

2.1.10緩沖距離bufferelongation

柔性棚洞攔截落石過程中，緩沖系統(tǒng)沿沖擊方向的最大變形。

2.1.11直接分析設(shè)計(jì)法directanalysismethodofdesign

直接考慮對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度性能有顯著影響的初始幾何缺陷、殘余應(yīng)力、材料非線性、

節(jié)點(diǎn)連接剛度等因素，以整個(gè)結(jié)構(gòu)體系為對象進(jìn)行二階非線性分析的設(shè)計(jì)方法。

·2·

2.2符號

2.2.1作用和作用效應(yīng)

柔性棚洞結(jié)構(gòu)極限防護(hù)能級；

Eu——

落石最大沖擊能量；

Ek——

緩沖系統(tǒng)中柔性網(wǎng)最大拉力；

Tn,max——

鋼絲繩最大拉力；

Tr,max——

Pn,max——網(wǎng)片的沖擊作用力設(shè)計(jì)值

N——鋼構(gòu)件軸心壓力；

，同一截面處繞軸和軸的彎矩。

MxMy——xy

2.2.2計(jì)算指標(biāo)

緩沖系統(tǒng)在遭受其極限防護(hù)能級相應(yīng)的落石沖擊時(shí)的最大緩沖位移標(biāo)準(zhǔn)值；

dB——

緩沖單元的工作內(nèi)力；

F0——

單個(gè)緩沖單元最大變形量；

d——

緩沖單元靜態(tài)啟動力；

Fst——

Fdt——緩沖單元動態(tài)啟動力；

網(wǎng)片承載力；

Rn——

鋼絲繩的拉力設(shè)計(jì)值；

[Tr]——

f——鋼材的抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

Fptk——鋼絲繩的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度；

i——跨度；

A——鋼構(gòu)件的毛截面面積；

Wnx,Wny——對x軸和y軸的凈截面模量；

W1y——在彎矩作用平面內(nèi)較大受壓纖維的毛截面模量；

整體結(jié)構(gòu)中網(wǎng)片的耗能比例系數(shù)；

r——

網(wǎng)片承載力變異系數(shù)；

m——

鋼絲繩承載力儲備系數(shù)；

m,r——

x,y——截面塑性發(fā)展系數(shù)；

'

NEy——鋼構(gòu)件穩(wěn)定設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)；

y——構(gòu)件截面對y軸的長細(xì)比；

y——彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；

k——安全系數(shù)。

·3·

3基本規(guī)定

3.0.1柔性棚洞主要應(yīng)包含支撐結(jié)構(gòu)、緩沖系統(tǒng)、基礎(chǔ)。

3.0.2柔性棚洞按照支撐結(jié)構(gòu)形式可分為拱形柔性棚洞、框架式柔性棚洞、懸挑式柔性棚洞

（圖3.0.2）。

（a）拱形柔性棚洞（b）框架式柔性棚洞（c）懸挑式柔性棚洞

圖3.0.2常見柔性棚洞形式

【條文說明】：3.0.2柔性棚洞按照主要根據(jù)支撐結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行劃分，可分為拱形柔性棚洞、

框架式柔性棚洞、懸挑式柔性棚洞等，亦可采用上述三種形式組合。支撐結(jié)構(gòu)材料可采用鋼

材、鋼筋混凝土或其他材料。

3.0.3柔性棚洞緩沖層按照其工作原理可分為拋出式和攔截式（圖3.0.3）。

【條文說明】：3.0.3根據(jù)柔性棚洞緩沖系統(tǒng)的受力特征和防護(hù)效果，可分為拋出式棚洞和

攔截式棚洞。拋出式棚洞的主要防護(hù)特征為落石彈出防護(hù)區(qū)域，攔截式棚洞的防護(hù)特征為落

石落入緩沖系統(tǒng)后仍保留在系統(tǒng)中，兩種結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理如下圖所示：

拋出式攔截式

圖3.0.3柔性棚洞緩沖層

3.0.4柔性棚洞極限防護(hù)能級不宜超過2000kJ，極限防護(hù)能級超過2000kJ時(shí)應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)

計(jì)。

·4·

3.0.5柔性棚洞在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)物的重要性、結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果（危及

人的生命、產(chǎn)生社會影響）、更換維護(hù)的難易程度以及經(jīng)濟(jì)性等因素，采用不同的安全等級，

柔性棚洞結(jié)構(gòu)的安全等級劃分應(yīng)符合表3.0.5的規(guī)定。

表3.0.5柔性棚洞結(jié)構(gòu)安全等級劃分

安全等級危害程度破壞后果常見對象

車輛傾覆，橋梁、隧道洞口等構(gòu)造物、

一級高路面、路基及重要建筑物嚴(yán)重受損，軌道交通工程，高速公路和一級公路

人員傷亡嚴(yán)重

橋梁、隧道洞口等構(gòu)造物、路面、路

二級中二級及以下公路

基受損，人員傷亡少

橋梁、隧道洞口等構(gòu)造物、路面、路

三級低非干線交通工程、臨時(shí)工程

基輕微受損，幾乎無人員傷亡

注：1.當(dāng)滿足破壞后果和對象任一條件時(shí)，按安全等級較高設(shè)定。

2.當(dāng)臨時(shí)工程中保護(hù)對象有較高要求，或臨時(shí)工程受損可能造成較大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失時(shí)，應(yīng)提高

危害程度劃分等級；

3.表中未提及的防護(hù)對象，可由設(shè)計(jì)單位或建設(shè)單位根據(jù)工程實(shí)際情況確定其安全等級分類，且不應(yīng)

低于本條要求。

3.0.6一般情況下，柔性棚洞設(shè)計(jì)使用年限，安全等級為一級不應(yīng)低于50年，安全等級為二

級不應(yīng)低于25年，安全等級為三級不應(yīng)低于5年。

3.0.7柔性棚洞在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)具有足夠的可靠度，結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算應(yīng)符合現(xiàn)行

國家標(biāo)準(zhǔn)《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50153的規(guī)定。

3.0.8柔性棚洞在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足下列功能要求：

1在正常施工和工作時(shí)，應(yīng)能承受可能出現(xiàn)的各種設(shè)計(jì)荷載作用。

2在正常維護(hù)下應(yīng)具有耐久性能。

3在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，應(yīng)能保持必須的整體性。

3.0.9柔性棚洞應(yīng)根據(jù)其防護(hù)要求和耐久性要求進(jìn)行材料選用。

【條文說明】：3.0.9作為長期暴露于自然環(huán)境中的工程結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理選用材料。防

護(hù)要求包含安全等級、極限防護(hù)能級等，根據(jù)防護(hù)能級應(yīng)充分考慮材料的力學(xué)性能。根據(jù)耐

久性要求，充分考慮材料的化學(xué)性能，包括自然條件、工作環(huán)境等。

·5·

4勘查

4.1一般規(guī)定

4.1.1本規(guī)程規(guī)定的勘查方法適用于柔性棚洞上部邊坡危巖（落石）及棚洞基礎(chǔ)的工程地質(zhì)

勘查。

4.1.2危巖（落石）工程地質(zhì)勘查應(yīng)查明建設(shè)區(qū)邊坡的工程地質(zhì)條件，分析影響危巖（落石）

穩(wěn)定性的工程地質(zhì)因素，評價(jià)危巖（落石）穩(wěn)定性現(xiàn)狀，分析危巖（落石）失穩(wěn)運(yùn)動特征。

為柔性棚洞工程的設(shè)計(jì)提供地質(zhì)資料，參與危巖（落石）治理方案的設(shè)計(jì)研究和治理效果的

檢驗(yàn)。

4.1.3棚洞基礎(chǔ)的工程地質(zhì)勘查應(yīng)查明棚洞結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)范圍及其附近的工程地質(zhì)條件，提供巖

土體結(jié)構(gòu)組成、巖土體物理力學(xué)性能、地下水特征、地基承載力等參數(shù)，為柔性棚洞基礎(chǔ)設(shè)

計(jì)提供地質(zhì)依據(jù)。

4.1.4本規(guī)程規(guī)定的工程地質(zhì)勘查可結(jié)合建筑物區(qū)工程地質(zhì)勘查進(jìn)行，當(dāng)存在對工程有影響

的失穩(wěn)或潛在失穩(wěn)危巖（落石），應(yīng)進(jìn)行專門性勘查。

4.2柔性棚洞工程地質(zhì)勘查要求

4.2.1柔性棚洞工程勘查前除應(yīng)收集邊坡及鄰近邊坡的工程地質(zhì)資料外，尚應(yīng)取得下列資料：

1擬建建筑物區(qū)邊坡的總平面布置圖；

2擬建場地的整平高程和挖方、填方情況；

3工程區(qū)域的相關(guān)氣象資料；

4工程區(qū)域相關(guān)的水文資料；

5對工程產(chǎn)生影響的工業(yè)和市政管線、電力及通訊線纜等人類工程活動資料。

4.2.2柔性棚洞工程地質(zhì)勘查應(yīng)包括下列內(nèi)容：

1場地地形和場地所在地貌單元；

2場地附近區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造與地震；

3巖土?xí)r代、成因、類型、性狀、覆蓋層厚度、基巖面的形態(tài)和坡度、巖石風(fēng)化和完整

程度；

4巖土體物理力學(xué)性能；

5主要結(jié)構(gòu)面特別是軟弱結(jié)構(gòu)面的類型、產(chǎn)狀、發(fā)育程度、延伸程度、結(jié)合程度、充填

狀況、充水狀況、組合關(guān)系、力學(xué)屬性和臨空面的關(guān)系；

6地下水水位、水量、類型、主要含水層分布情況、補(bǔ)給及動態(tài)變化情況；

7巖土的透水性和地下水的出露情況；

8地下水、土對支擋結(jié)構(gòu)材料的腐蝕性；

·6·

9危巖（落石）的分布、規(guī)模、控制性結(jié)構(gòu)面、歷史運(yùn)動路徑、威脅范圍等特征；

10植被發(fā)育分布特征。

4.2.3柔性棚洞工程地質(zhì)勘查應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)測繪和調(diào)查，并符合下列規(guī)定：

1地質(zhì)測繪和調(diào)查的范圍，應(yīng)包括工程所涉及的邊坡及可能對建筑物安全有影響的地

段；

2地質(zhì)測繪可根據(jù)地形地貌條件選用人工測繪、無人機(jī)航測、三維激光掃描等手段進(jìn)行；

3地質(zhì)測繪的比例尺，可根據(jù)邊坡的規(guī)模、地形地質(zhì)條件確定，平面測繪應(yīng)為1:500～

1:1000，剖面測繪應(yīng)為1:200～1:500，規(guī)模較大危巖體剖面測繪比例不應(yīng)小于1：200。

4.2.4柔性棚洞工程地質(zhì)勘查應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)勘探：

1勘探范圍應(yīng)包括坡面區(qū)域和坡面外圍一定的區(qū)域。邊坡上部勘探范圍應(yīng)延伸至改段斜

坡的分水嶺附近，下部范圍應(yīng)包括受威脅對象，橫向應(yīng)包括可能影響建筑物區(qū)的范圍并適當(dāng)

外擴(kuò)；

2勘探可采用坑（井）探、槽探、鉆探和物探等方法；

3勘探線應(yīng)沿危巖可能崩塌方向布置，從危巖后緣穩(wěn)定區(qū)域一定范圍到崩塌可能威脅范

圍，且盡量通過危巖的重心。

4.2.5柔性棚洞工程地質(zhì)勘查應(yīng)進(jìn)行取樣試驗(yàn)，并符合下列規(guī)定：

1試驗(yàn)樣品應(yīng)在母巖及治理工程可能涉及范圍內(nèi)采??；

2優(yōu)先在探槽、探坑（井）中采集原狀試樣，盡可能采集軟弱夾層原狀試樣；

3采樣測試應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50266、《土工試驗(yàn)方

法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123》的規(guī)定。

4.3危巖（落石）分析

4.3.1危巖（落石）應(yīng)根據(jù)危巖體塊體形態(tài)、結(jié)構(gòu)面邊界條件，進(jìn)行成因機(jī)制分析，判斷危

巖體可能的失穩(wěn)破壞模式（滑移、傾倒、墜落）；

4.3.2危巖（落石）應(yīng)采用定性分析結(jié)合定量計(jì)算的方法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，可采用赤平投影、

塊體理論等，考慮降雨工況、地震工況，分析計(jì)算危巖體的穩(wěn)定性；危巖體穩(wěn)定性分析方法

見本規(guī)程附錄A；

4.3.3危巖（落石）應(yīng)進(jìn)行運(yùn)動特征分析，根據(jù)歷史落石事件或危巖落石試驗(yàn)的規(guī)模、形態(tài)、

運(yùn)動路徑、停積位置等，計(jì)算或模擬危巖落石的運(yùn)動軌跡、沖擊動能和彈跳高度等運(yùn)動參數(shù)，

運(yùn)動特征分析宜采用三維落石數(shù)值仿真分析，并采用二維落石數(shù)值分析進(jìn)行復(fù)核；危巖落石

計(jì)算分析方法見本規(guī)程附錄B。

·7·

5工程設(shè)計(jì)

5.1一般規(guī)定

5.1.1柔性棚洞的工程設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果，開展設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)可靠性。

5.1.2柔性棚洞設(shè)計(jì)應(yīng)滿足采購、質(zhì)量檢驗(yàn)、施工安裝、工程驗(yàn)收和后期維護(hù)的需要，設(shè)計(jì)

文件應(yīng)包括設(shè)計(jì)說明和柔性棚洞布置圖等相關(guān)圖件，應(yīng)包括下列內(nèi)容：

1場地工程地質(zhì)條件，沖擊能量分析結(jié)果；

2柔性棚洞選型與布置；

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

4基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；

5材料、構(gòu)件及結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)；

6保養(yǎng)和維護(hù)要求；

7施工安裝方法。

5.1.3柔性棚洞設(shè)計(jì)選用的材料或構(gòu)件應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)承載力相關(guān)技術(shù)要求，對于尚無現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

規(guī)定試驗(yàn)方法的，設(shè)計(jì)宜指定專用試驗(yàn)方法。

5.1.4柔性棚洞所用材料或構(gòu)件的防腐蝕設(shè)計(jì)應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范使用年限要求。

5.2設(shè)計(jì)原則

5.2.1柔性棚洞設(shè)計(jì)應(yīng)確定布設(shè)位置和范圍、正常服役防護(hù)能級、極限防護(hù)能級、結(jié)構(gòu)形式、

棚洞橫斷面及建筑限界、棚洞基礎(chǔ)等。

【條文說明】：5.2.1對于選用定型產(chǎn)品的工程，應(yīng)根據(jù)實(shí)際勘查、評估結(jié)果進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，

確定其可靠性和適用性。

5.2.2應(yīng)在分析預(yù)測坡面滾石運(yùn)動軌跡基礎(chǔ)上，結(jié)合被保護(hù)對象位置和特點(diǎn)，并按以下原則

選擇柔性棚洞形式：

1臨谷、臨海線路宜選擇拋出式柔性棚洞；

2盤山線路等宜選擇攔截式柔性棚洞；

3其他位置可根據(jù)場地條件選擇合適柔性棚洞形式。

5.2.3柔性棚洞內(nèi)輪廓應(yīng)考慮緩沖系統(tǒng)在設(shè)計(jì)能級下的緩沖變形侵界影響，保證不侵入建筑

限界。

【條文說明】：5.2.3柔性棚洞橫斷面不但要考慮車輛行使的空間要求，還要考慮車輛行駛

的安全、快捷、舒適和防災(zāi)。柔性棚洞建筑限界由車道（軌道）寬度、側(cè)向?qū)挾?、余寬、檢

修道或人行道組成。棚洞內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)依據(jù)建筑限界，在內(nèi)輪廓不侵入建筑限界的原則下，還

應(yīng)考慮棚洞路面、排水、檢修、方便棚洞可能有的機(jī)電交通工程設(shè)施布置，還要根據(jù)棚洞結(jié)

構(gòu)形式和施工方法確定安全、經(jīng)濟(jì)、合理的斷面形式和尺寸。一般在建筑限界的基礎(chǔ)上適當(dāng)

·8·

增大不小于50cm為宜。

柔性棚洞結(jié)構(gòu)系統(tǒng)依靠緩沖系統(tǒng)消耗落石沖擊動能，但在成功攔截落石情況下，若系統(tǒng)

變形過大，造成侵界，仍有可能構(gòu)成威脅，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先考慮侵界安全距離，同時(shí)控

制緩沖系統(tǒng)最大沖擊變形量。柔性棚洞在遭受動能等于其極限設(shè)計(jì)能級的落石沖擊時(shí)所發(fā)生

的最大緩沖位移標(biāo)準(zhǔn)值可通過有限元計(jì)算或沖擊定型試驗(yàn)得到。

5.2.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)分別考慮正常服役防護(hù)能級和極限防護(hù)能級兩種設(shè)計(jì)狀態(tài)。在正常服

役防護(hù)能級作用下，除緩沖單元外，結(jié)構(gòu)各構(gòu)件應(yīng)處于彈性工作狀態(tài)；在極限防護(hù)能級作用

下，可采用彈塑性分析設(shè)計(jì)，但應(yīng)保證系統(tǒng)的整體性。

5.2.5柔性棚洞結(jié)構(gòu)的正常服役防護(hù)能級和極限防護(hù)能級應(yīng)根據(jù)安全等級按下式確定：

Es=kEk（5.2.5-1）

Eu=3Es（5.2.5-2）

式中：Es——柔性棚洞結(jié)構(gòu)正常服役防護(hù)能級（kJ）；

Eu——柔性棚洞結(jié)構(gòu)極限防護(hù)能級（kJ）；

Ek——落石最大沖擊能量（kJ）；

k——安全系數(shù)，安全等級為一級、二級、三級時(shí)，分別取1.2、1.1和1.0。

5.2.6柔性棚洞可采用有限元方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算分析應(yīng)符合下列規(guī)定：

1柔性棚洞結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析應(yīng)在初始外形與初始應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上進(jìn)行；

2應(yīng)考慮支撐結(jié)構(gòu)、緩沖系統(tǒng)的空間協(xié)同工作；

3計(jì)算時(shí)宜采用動力學(xué)方法；

4采用靜力學(xué)方法時(shí)，應(yīng)考慮動力沖擊影響系數(shù)；

5柔性棚洞的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性和材料非線性，宜考慮結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的

初始缺陷采用直接分析設(shè)計(jì)法進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)；

6支撐結(jié)構(gòu)分析計(jì)算時(shí)宜采用具有壓彎特性的空間梁單元；

7緩沖系統(tǒng)可采用索單元、梁單元、桁架單元或其他等效力學(xué)模型；

8緩沖單元的P-Δ關(guān)系應(yīng)有試驗(yàn)測試依據(jù)，測試方法可參考本規(guī)程附錄D.1.3~D.1.4；

9結(jié)構(gòu)構(gòu)件的邊界條件應(yīng)與實(shí)際相符。

【條文說明】：5.2.6

1、根據(jù)大量國內(nèi)外柔性棚洞結(jié)構(gòu)工程的現(xiàn)場調(diào)查和試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，整體結(jié)構(gòu)和各部件

的承載力只是滿足設(shè)計(jì)要求的基本因素，其關(guān)鍵因素在于各部件的組配方式是否足夠合理，

即通過承載力、變形設(shè)計(jì)及連接、構(gòu)造措施是否能保證各部件間充分協(xié)同工作。采用有限元

計(jì)算方法時(shí)，選用的計(jì)算程序應(yīng)能滿足柔性棚洞結(jié)構(gòu)在高速沖擊作用下的大變形、大位移、

不均勻連接滑移等非線性問題的分析要求。

2、采用有限元計(jì)算時(shí)，計(jì)算程序應(yīng)能完整再現(xiàn)整個(gè)沖擊過程，其技術(shù)條件應(yīng)符合本規(guī)

程和國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。柔性棚洞結(jié)構(gòu)的有限元方法設(shè)計(jì)應(yīng)通過整體結(jié)構(gòu)分析明確各

·9·

部件的耗能、內(nèi)力和變形。

網(wǎng)片可簡化為正交索網(wǎng)、斜交索網(wǎng)、離散梁單元或膜單元；應(yīng)考慮與支座、網(wǎng)片的接觸

滑移影響。

其基本設(shè)計(jì)工況宜采用中心點(diǎn)施加沖擊荷載作用，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同安全等級，再

選擇分別進(jìn)行承載力校核、變形驗(yàn)算、不同沖擊工況，包括：垂直沖擊、斜向沖擊及不同沖

擊位置條件下的設(shè)計(jì)計(jì)算。

4、動力沖擊影響系數(shù)可采用動量定理計(jì)算，沖擊作用時(shí)間不宜大于0.2s。

也可采用如下方法換算：

借助Hertz碰撞理論近似估算沖擊力P為：

413

PER22（5.2.6-1）

3eq

11212

12（5.2.6-2）

EeqE1E2

（）

125.2.6-3

111

=（5.2.6-4）

RR1R2

式中：Eeq為等效模量，E1、E2分別為兩個(gè)碰撞體的彈性模量；、分別為兩個(gè)碰撞物體

的泊松比；為總變形量，、分別為兩個(gè)碰撞物體的變形量。

δδ1δ2?1?2

根據(jù)Hertz理論，假設(shè)落石碰撞防護(hù)系統(tǒng)為一個(gè)質(zhì)量為m1的小球以v1的速度撞擊一個(gè)

質(zhì)量為m2、r2>>r1，速度=0的球體。由牛頓第二定律：

2dvdv

?Pm1m2（5.2.6-5）

1dt2dt

根據(jù)式（5.2.6-5）得：

mmdvvmmd2

121212（5.2.6-6）

P2

m1m2dtm1m2dt

2

5

15mv2

1（）

15.2.6-7

2

16REeq

mm

m12（5.2.6-8）

m1m2

考慮網(wǎng)片的非彈性變形的影響，可將沖擊作用下柔性網(wǎng)的剛度進(jìn)行修正得到其等效模

量。將網(wǎng)片的剛度進(jìn)行膜單元化處理[20]，得網(wǎng)片最大剛度為：

Me4Tf

SaibKf（）

emaxfe5.2.6-9

f1i1Li

其中，，為常系數(shù)；f為單元中與節(jié)點(diǎn)相交的四個(gè)邊線的邊長；f為四條邊線上的

abLifeTi

拉力；f為單元對節(jié)點(diǎn)的彈性剛度。

Kee

·10·

圖5.2.6-1單元內(nèi)力

據(jù)此，網(wǎng)片的最大模量為：

S

Eemax（5.2.6-10）

maxA

其中，A為網(wǎng)片橫截面等效面積。據(jù)此，式（5.2.6-2）中的等效模量Eeq修正為：

11212

12（5.2.6-11）

EeqE1Emax

5、結(jié)構(gòu)的初始缺陷包含結(jié)構(gòu)整體的初始幾何缺陷和構(gòu)件的初始幾何缺陷、殘余應(yīng)力及

初偏心。結(jié)構(gòu)的初始幾何缺陷包括節(jié)點(diǎn)位置的安裝偏差、桿件的初彎曲、桿件對節(jié)點(diǎn)的偏心

等。一般，結(jié)構(gòu)的整體初始幾何缺陷的最大值可根據(jù)施工驗(yàn)收規(guī)范所規(guī)定的最大允許安裝偏

差取值或最低階屈曲模態(tài)分布。

鋼構(gòu)件宜按下式考慮初始缺陷，該缺陷值包含了殘余應(yīng)力的影響：

πx

0e0sin（5.2.6-12）

l

式中：——離構(gòu)件端部x處的初始變形值（mm）；

?0——構(gòu)件中點(diǎn)處的初始變形值（mm）；

?0——離構(gòu)件端部的距離（mm）；

?——構(gòu)件的總長度（mm）；

構(gòu)件初?始彎曲缺陷值，可按本規(guī)程表5.2.6-1取構(gòu)件綜合缺陷代表值。當(dāng)允許材料的

彈塑性發(fā)展和內(nèi)力重分布時(shí)e0/，l除應(yīng)按本條規(guī)定考慮構(gòu)件初始缺陷外，還應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017的相關(guān)規(guī)定，構(gòu)件截面應(yīng)為雙軸對稱截面或單軸對稱截面，

塑性鉸處截面板件寬厚比等級應(yīng)為S1、S2級，其出現(xiàn)的截面或區(qū)域應(yīng)保證有足夠的轉(zhuǎn)動能

力。

表5.2.6-1構(gòu)件綜合缺陷代表值

對應(yīng)于GB50017-2017中表7.2.1-1和

二階分析采用的值

表7.2.1-2中的柱子曲線?0

?

a類1/400

b類1/350

c類1/300

d類1/250

7、膜單元的等效可采用以下方法，等效薄膜單位面積的質(zhì)量與相應(yīng)規(guī)格金屬環(huán)形網(wǎng)片保持

·11·

3

一致，密度ρ同樣取金屬環(huán)形網(wǎng)鋼絲密度7850kg/m。則薄膜厚度t0根據(jù)質(zhì)量一致原則確定：

m

tn

0

（5.2.6-13）

式中mn為n圈規(guī)格環(huán)形網(wǎng)每平米質(zhì)量。則每種規(guī)格網(wǎng)片相應(yīng)的等效薄膜厚度如本規(guī)程

表5.2.6-2。

表5.2.6-2不同規(guī)格網(wǎng)片對應(yīng)的薄膜厚度

網(wǎng)片規(guī)格等效厚度（mm）網(wǎng)片規(guī)格等效厚度（mm）

R5/3/3000.42R12/3/3001.00

R7/3/3000.60R16/3/3001.33

R9/3/3000.76R19/3/3001.58

等效膜單元的本構(gòu)關(guān)系

采用多段線性方式擬合等效膜單元的應(yīng)力應(yīng)變曲線，第一線性段終點(diǎn)的橫坐標(biāo)定義為

“零剛度應(yīng)變”，如圖9所示。的大小只與不同規(guī)格的網(wǎng)環(huán)圈數(shù)有關(guān)。

00n

n5

00.20.05（5.2.6-14）

2

圖5.2.6-2等效應(yīng)力應(yīng)變曲線

k為除曲線水平段外的第k線性段，以此類推。為每一線性段的應(yīng)變增量，0.1。

每一線性段的斜率即切線模量的計(jì)算公式為指數(shù)函數(shù)：

k1（）

Ek2504(MPa)5.2.6-15

此外，彈性模量取值1.6104MPa，泊松比取值0.3。

8、宜采用動力測試試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)條件有限時(shí)，可通過對靜力試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理等效。

5.2.7柔性棚洞的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮支撐結(jié)構(gòu)直接承受沖擊作用，在該工況下柔性棚洞結(jié)構(gòu)應(yīng)

保持整體性。

【條文說明】：5.2.7從既有研究來看，支撐結(jié)構(gòu)立柱受到?jīng)_擊時(shí)，易導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)破壞。

雖然這種工況發(fā)生概率較小，但實(shí)際仍然存在，因此要求設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這一不利作用。當(dāng)考

慮這種作用時(shí)，允許柔性棚洞結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，但不應(yīng)出現(xiàn)解體崩潰。

·12·

5.2.89度區(qū)柔性棚洞，應(yīng)考慮地震作用下的落石堆載和抗倒塌驗(yàn)算。

【條文說明】：5.2.89度區(qū)柔性棚洞，在地震作用下，落石會產(chǎn)生堆積，因此除了服役能

級作用下的連續(xù)沖擊驗(yàn)算和最大能級沖擊驗(yàn)算外，還需要驗(yàn)算多體落石的堆載。柔性棚洞大

多修建于山區(qū)鐵路、公路干線等生命線工程，地震作用下，承擔(dān)著災(zāi)區(qū)救援和物質(zhì)運(yùn)輸?shù)穆?/p>

線保通的重要功能，因此柔性棚洞需要保持結(jié)構(gòu)體系的完整性，需要開展地震作用下的抗倒

塌驗(yàn)算。

堆載質(zhì)量按照極限能級采用式（5.2.16-16）進(jìn)行換算，應(yīng)用集中質(zhì)量法，將集中質(zhì)量布

置于最不利點(diǎn)位，開展地震作用下的抗倒塌驗(yàn)算，抗倒塌驗(yàn)算方法參考現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑

抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010：

2E

集中質(zhì)量：u（5.2.16-16）

mi2

v

式中：ν為等效沖擊速度，宜取15m/s.

5.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.3.1柔性棚洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)包括緩沖系統(tǒng)設(shè)計(jì)和支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

5.3.2緩沖系統(tǒng)中的網(wǎng)片承載力應(yīng)滿足下式的要求：

[Rn]/αm≥Pn,max（5.3.2-1）

式中：Pn,max——網(wǎng)片的沖擊作用力設(shè)計(jì)值；

[Rn]——網(wǎng)片承載力；可參考表5.3.2。

αm——承載力變異系數(shù)，可取1.2。

表：5.3.2網(wǎng)片承載力參考值

圈數(shù)11.522.53

網(wǎng)片承載力

長寬比

315574686764

5265126116114110

7380182166163158

9500239218215208

11626299273269260

13757362330326315

【條文說明】：5.3.2網(wǎng)片承載力可采用試驗(yàn)測定和理論計(jì)算兩種方法。

試驗(yàn)測定：試驗(yàn)方法可參考本規(guī)程附錄D.1.1，并保證網(wǎng)片幾何參數(shù)、材料參數(shù)，邊界條件

與實(shí)際條件保持一致。

理論計(jì)算方法：計(jì)算示意圖及拉力—位移曲線如本規(guī)程圖5.3.2-1所示。

1）幾何參數(shù)：長寬尺寸分別為，；網(wǎng)環(huán)圈數(shù)為，網(wǎng)環(huán)內(nèi)徑為d，鋼絲直徑為，

12????

????·13·

加載區(qū)域半徑為Rp，s0為加載區(qū)域邊緣距網(wǎng)片邊界的最小距離；

2）強(qiáng)度參數(shù)：鋼絲屈服強(qiáng)度為σy，環(huán)鏈拉伸兩階段軸向力發(fā)展程度分別為，，等效

纖維應(yīng)力分別為，；等效纖維應(yīng)變分別為，；??1??2

3）剛度參數(shù)：環(huán)?鏈?1拉力??位2移曲線兩階段剛度分別?為?1k1?，?2k2，邊界剛度為ks

圖5.3.2-1計(jì)算示意圖及拉力—位移曲線

承載能力：

2

nwdminRpw1w2H

F4N2y

4d2w1w2L0

（5.3.2-2）

其中：

6N26N2

HyAL0i1yA

17K117K1

（5.3.2-3）

L0為纖維單元初始長度，可通過勾股定理計(jì)算：

22（）

L0Hs05.3.2-4

邊界剛度的取值需通過邊界允許的最大變形確定，當(dāng)ks取值大于5000kN/mm及以上時(shí)，環(huán)

形網(wǎng)片邊界可視為剛性邊界。

111

Kkk

11s（5.3.2-5）

環(huán)鏈拉伸兩階段軸向力發(fā)展程度分別為γN1，γN2：

2

nwdmin

N1=FN1y

2

nd2

=Fwmin

N2N2y2

（5.3.2-6）

5.3.3緩沖系統(tǒng)中的鋼構(gòu)件應(yīng)按下列公式進(jìn)行承載力和穩(wěn)定性驗(yàn)算：

1除圓管截面外，彎矩作用在兩個(gè)主平面內(nèi)的拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件，其截面強(qiáng)度應(yīng)按下

式計(jì)算：

·14·

NMMy

xf（5.3.3-1）

AnxxWnxyyWny

彎矩作用在兩個(gè)主平面內(nèi)的圓形截面拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件，其截面強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：

22

NMxMy

f（5.3.3-2）

AnmmWn

式中：N——同一截面處軸心壓力設(shè)計(jì)值（N）；

、

MxMy——分別為同一截面處對x軸和y軸的彎矩設(shè)計(jì)值（N·mm）；

、

xy——截面塑性發(fā)展系數(shù)，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017相關(guān)規(guī)定

取值；

截面塑性發(fā)展系數(shù)修正值，正常服役防護(hù)能級和極限防護(hù)能級，分別取

、——

xy

1和1.2

m——圓形構(gòu)件的截面塑性發(fā)展系數(shù)，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB

50017相關(guān)規(guī)定取值；

——圓形構(gòu)件的截面塑性發(fā)展系數(shù)修正值，正常服役防護(hù)能級和極限防護(hù)能級，

m

分別取1和1.2

2

An——構(gòu)件的凈截面面積（mm）；

3

Wn——構(gòu)件的凈截面模量（mm）。

2當(dāng)鋼構(gòu)件不考慮初始缺陷時(shí)，應(yīng)按下列公式進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算：

對于雙向壓彎圓管，當(dāng)柱段中沒有很大橫向力或集中彎矩時(shí)其整體穩(wěn)定按下列公式計(jì)

算：

NMtyMy

mxx1.0

AfNWf（5.3.3-3）

xW10.8fbyy

xxx

NEx

2222

Mmax(MxAMyA,MxBMyB)（5.3.3-4）

xy（5.3.3-5）

x10.35N/NE0.35N/NE(M2x/M1x)（5.3.3-6）

y10.35N/NE0.35N/NE(M2y/M1y)（5.3.3-7）

2EA

N（5.3.