基本信息
- 項目名稱：
- 基于抗震救災(zāi)快速通行的格柵-土石式復(fù)合材料應(yīng)急路面研究
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品通過對地震后災(zāi)區(qū)道路破壞形式和交通特征的調(diào)查分析，提出了震后道路的應(yīng)急搶修方案，優(yōu)選輕質(zhì)高強的玻璃纖維環(huán)氧樹脂材料，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)輕盈、適用范圍廣、施工快捷、可儲備重復(fù)利用的格柵-土石式應(yīng)急路面板。運用有限元方法，對這種應(yīng)急路面板在不利荷載工況下的受力狀態(tài)進行了數(shù)值模擬分析，驗證其結(jié)構(gòu)強度的可靠性。同時，對應(yīng)急路面板的施工工藝展開了相應(yīng)研究，以最大程度地提高災(zāi)區(qū)道路搶修的時效性。
- 詳細介紹：
- 近年來，頻發(fā)的地震等地質(zhì)災(zāi)害對我國人民的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴重威脅，災(zāi)后道路損毀已成為抗震救災(zāi)的主要制約瓶頸，震后破壞道路的應(yīng)急搶修成為救災(zāi)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。所以，道路的快速搶通對于提高救災(zāi)的時效性、保障災(zāi)區(qū)人民的生命財產(chǎn)安全具有極為深遠的影響。 目前，國內(nèi)外對于應(yīng)急路面的應(yīng)用主要集中在軍事領(lǐng)域。道路應(yīng)急搶修技術(shù)多需要專業(yè)人員和特殊機械設(shè)備，且設(shè)備笨重、成本較高、鋪設(shè)長度有限，傳統(tǒng)道路搶修技術(shù)更是作業(yè)效率低下，難以滿足抗震救災(zāi)的高時效性需求，都不太適合在救災(zāi)中推廣使用。為保證災(zāi)區(qū)道路的快速搶通，本作品采用輕質(zhì)高強的玻璃纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，開發(fā)了格柵-土石式應(yīng)急路面板。 這種應(yīng)急路面板包括下面板、格柵板、側(cè)板、蓋板、聯(lián)結(jié)耳片、U型搭接平臺和搭接板（附錄1：應(yīng)急路面板結(jié)構(gòu)示意圖）。內(nèi)部橫隔板格柵間距較大，使得路面板本身并不足以承受車輛荷載，但施工時可向格柵內(nèi)填充現(xiàn)場的土石并壓實，蓋上蓋板后，便可滿足強度要求。這樣，既充分利用了現(xiàn)場便于運輸?shù)耐潦?，達到土石與橫隔板一起支撐行車荷載的目的，同時也最大程度地降低了路面板的材料成本和運輸重量，提高了路面板的運輸效率和救災(zāi)的時效性。相鄰板間聯(lián)結(jié)采用搭接設(shè)計且側(cè)板有耳片輔助固定，不僅聯(lián)結(jié)穩(wěn)定牢固，而且組裝十分快捷。上蓋板采用盒蓋式結(jié)構(gòu)，蓋邊和錯臺式搭接設(shè)計使得相鄰蓋板間穩(wěn)定牢固，即蓋即通行。整個施工過程無需螺栓等固定裝置，大大提高了施工效率。 應(yīng)急路面板通過現(xiàn)場的組裝和施工，部分就地取材，能夠快速解決交通中斷問題，為救災(zāi)物資、醫(yī)療設(shè)備等的運輸提供有力的保障，為抗震救災(zāi)爭取寶貴的時間。 同時，本作品基于“偏安全”的設(shè)計原則，運用ABAQUS有限元軟件，對這種應(yīng)急路面板在最不利工況下的受力狀態(tài)進行了數(shù)值模擬分析，驗證其結(jié)構(gòu)強度和剛度的可靠性。為了最大程度地提高災(zāi)區(qū)道路搶修的時效性，本作品還提出了應(yīng)急路面板快速施工的施工組織和工藝。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 1.作品設(shè)計、發(fā)明的目的 本作品設(shè)計的格柵-土石式復(fù)合材料應(yīng)急路面板，用以快速搶修在地震中受到損毀或損壞的道路，保證救災(zāi)人員和物資能夠及時抵達災(zāi)區(qū)展開救援，全面提高救災(zāi)的時效性，保障災(zāi)區(qū)人民的生命財產(chǎn)安全。 2.基本思路 本作品以“提高搶修效率”為宗旨進行設(shè)計，通過對地震后災(zāi)區(qū)道路破壞形式和交通特征的調(diào)查分析，提出了震后道路的搶修方案，采用輕質(zhì)高強的玻璃纖維環(huán)氧樹脂材料，開發(fā)了結(jié)構(gòu)輕盈、組裝便捷、施工高效的格柵-土石式應(yīng)急路面板搶修器材，并運用有限元方法，對其在不利荷載工況下的受力狀態(tài)進行了數(shù)值模擬分析，驗證其結(jié)構(gòu)強度的可靠性。同時，還對應(yīng)急路面板的施工工藝展開了相應(yīng)研究，以便最大程度地提高災(zāi)區(qū)道路搶修的時效性。 3.創(chuàng)新點 （1）根據(jù)震后道路破壞的特征，優(yōu)選玻璃纖維環(huán)氧樹脂材料，設(shè)計了一種運輸便利、組裝快捷、安全牢固的格柵-土石應(yīng)急路面板。 （2）根據(jù)震后救災(zāi)道路的交通特征，提出了裝配式格柵-土石應(yīng)急路面板的“偏安全”設(shè)計原則，即該路面板的設(shè)計參數(shù)均取最不利值。 4.技術(shù)關(guān)鍵 （1）應(yīng)急路面板的制備材料選擇； （2）基于施工快捷的應(yīng)急路面板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計； （3）應(yīng)急路面板有限元力學(xué)行為模擬分析及強度驗證； （4）應(yīng)急路面板施工技術(shù)。 5.主要技術(shù)指標 （1）應(yīng)急路面板在荷載作用下的抗彎拉強度、抗壓強度和抗剪強度； （2）應(yīng)急路面板在荷載作用下的豎向變形； （3）應(yīng)急路面板下方的地基承載力。
科學(xué)性、先進性
- 與現(xiàn)有裝配式應(yīng)急路面技術(shù)相比，本作品采用輕質(zhì)高強材料制備，內(nèi)部格柵間隔較大，材料用量省，運輸更高效；結(jié)構(gòu)設(shè)計上以施工快捷為宗旨，優(yōu)化了板間聯(lián)結(jié)和聯(lián)結(jié)銷設(shè)計，現(xiàn)場組裝十分便捷，大大提高了施工效率；同時，本作品對施工人員和設(shè)備的專業(yè)程度要求低，更能適應(yīng)救災(zāi)現(xiàn)場條件的局限。 與傳統(tǒng)道路搶修技術(shù)相比，本作品對施工機械和路基承載力要求更低，能適應(yīng)震后松軟或承載力不足的路基；材料需要量大大減少，單次運輸能鋪設(shè)更長路段；施工工藝更為簡單易行，大大節(jié)約了道路搶修的時間。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1.本作品于2011年4月獲長安大學(xué)第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎。（附錄5：獲獎證書） 2.本作品于2011年6月獲陜西省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎。（附錄5：獲獎證書） 3.本作品相關(guān)研究成果已撰寫論文“Designing and Mechanical Simulation Analysis of Grid-earth-rock Emergency Pavement Slab”，已被“IEEE環(huán)境、土木與能源工程國際研討會”（EI刊源）錄用，并將于2011年7月在內(nèi)蒙古進行學(xué)術(shù)交流。（附錄8：論文錄用通知書） 4.本作品于2011年3月，經(jīng)教育部科技查新工作站查新鑒定，認為國內(nèi)尚無本作品相同的文獻報道。（附錄10：科技查新報告）
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 模型、圖紙、磁盤、現(xiàn)場演示、圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 1.使用說明 格柵-土石式應(yīng)急路面板施工時，首先在整平的路基上鋪設(shè)與格柵為一體的下面板，完成相鄰板間搭接與輔助固定；然后向格柵內(nèi)部填充現(xiàn)場的土石并壓實；最后蓋上蓋板即可通車。 2.技術(shù)特點和優(yōu)勢 本作品具有施工效率高，適用范圍廣；結(jié)構(gòu)輕盈，機動性高；拆裝自由，施工便利；工藝簡單，成本較低；重復(fù)利用，低碳環(huán)保等特點和優(yōu)勢。 3.適用范圍及推廣前景 本作品開發(fā)的應(yīng)急路面板不但可以作為救災(zāi)儲備物資，用于地震、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害中損壞道路的應(yīng)急搶修，還可用于戰(zhàn)時破壞道路的搶通，對沙漠區(qū)、軟土區(qū)道路的修建也有應(yīng)用參考價值。 4.市場分析及經(jīng)濟效益預(yù)測 本作品制作工藝簡單，加工和運輸成本相對較低，運輸和施工快捷高效，對地基承載力要求低，適用范圍更廣。因此，從經(jīng)濟、搶修效率和社會效益綜合考慮，本作品作為抗震救災(zāi)儲備物資，具有很好的市場推廣前景。
同類課題研究水平概述
- 應(yīng)急路面建設(shè)以及路面應(yīng)急搶修技術(shù)的發(fā)展，最初是為了滿足戰(zhàn)爭的需求，近年來，逐漸向民用領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，尤其是在對災(zāi)后道路搶修技術(shù)的研究方面。 在國外，發(fā)達國家在二戰(zhàn)時期就開始對應(yīng)急路面器械展開研究，幾十年來，已取得了長足的發(fā)展。例如，英國30t級鋁制可卷路面，法國640SPP塑料可卷路面，美國Roverdeck路面、玻璃鋼路面、DURA-Base HDPE路面等。這些應(yīng)急路面在戰(zhàn)爭中得到了廣泛的應(yīng)用。 在我國，應(yīng)急性路面器械的研究起步較晚，但也取得了不少的成果。在理論上，王春輝等人經(jīng)過論證研究，提出了應(yīng)急路面器材的設(shè)計原則等；在技術(shù)和設(shè)備上，開發(fā)了可伸縮式墩臺結(jié)構(gòu)、浮橋、82式黃河淺灘路面等。這些技術(shù)和設(shè)備在我國的多次軍事演習(xí)中進行了使用，也取得了較好的效果。 但是，以上技術(shù)研究還存在一定的缺陷，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①目前應(yīng)急路面技術(shù)主要用于軍事，所建路面與車輛之間的力學(xué)關(guān)系模型也大多與軍用車輛相關(guān)，與社會車輛不相符；②目前的技術(shù)專業(yè)程度較高，需要專門的施工人員和機器設(shè)備，大規(guī)模推廣還有一定困難；③目前的技術(shù)所用設(shè)備成本較高，在災(zāi)害多發(fā)地域普及儲備很不現(xiàn)實；④國外的一些技術(shù)相對先進，但出于保密計劃，公開的理論和設(shè)計資料很少且有產(chǎn)權(quán)的保護，不能直接引用，一些技術(shù)即便能夠引用，但我國卻不具備相關(guān)的施工機械和工藝條件；⑤目前的多數(shù)技術(shù)所用器械笨重、運輸和作業(yè)效率低且鋪設(shè)道路短，難以滿足救災(zāi)高時效性的要求。 傳統(tǒng)的道路搶修技術(shù)對路基的處理要求嚴格，施工工藝更為繁瑣，材料需要量大且運輸十分不便，造成搶修效率低下，開發(fā)交通時間嚴重滯后，很難滿足救災(zāi)的高時效性需求。 因此，本作品以“提高搶修效率”為宗旨，采用輕質(zhì)高強的玻璃纖維環(huán)氧樹脂材料，開發(fā)了結(jié)構(gòu)輕盈、組裝便捷的格柵-土石式應(yīng)急路面板，并對其在車輛荷載作用下的受力狀態(tài)進行了數(shù)值模擬分析和結(jié)構(gòu)強度驗證。該應(yīng)急路面板內(nèi)部格柵間隔大，格柵板與其內(nèi)部填充土石共同支撐上面板的行車荷載；板間聯(lián)結(jié)采用錯臺式搭接設(shè)計，蓋板依靠蓋邊增加橫向穩(wěn)定性，依靠相鄰板搭接增加行車方向穩(wěn)定性，整個施工過程無需螺栓等固定裝置，組裝和拆卸都十分快捷，大大提高了道路搶修的時效性；同時，對施工人員和施工設(shè)備的專業(yè)程度、路基承載力的要求比其它現(xiàn)有技術(shù)低，對于震后承載力不足的路基或軟土地基應(yīng)用優(yōu)勢更明顯，適用范圍更廣。
