防汛擋水闆的(de)結構受力和(hé / huò)破壞形态研究

今天小編通過對防汛擋水闆的(de)使用前景以(yǐ)及施工藝做個(gè)簡單的(de)介紹，并通過實驗數據對移動式防汛擋水闆的(de)結構受力和(hé / huò)破壞形态做出(chū)研究。

1應用前景

防汛擋水闆早期起源于(yú)西方國(guó)家，它具有重量輕輕、堅固耐用、安裝迅速、方便存放的(de)特點，可應用于(yú)低下車庫、低窪地(dì / de)區及其他(tā)重要(yào / yāo)建築物防洪水保護等方面，今年來(lái)已經取得了(le／liǎo)不(bù)俗的(de)成就(jiù)。

2結構及安全性研究方法

輕型移動式防汛擋水闆一(yī / yì ／yí)般由疊梁闆、立柱、支撐、止水橡膠、壓緊裝置、基礎及預埋件等組成，單個(gè)構件質量宜控制50kg以(yǐ)内，以(yǐ)方便人(rén)工結合小型機械操作。通過理論計算和(hé / huò)有限元分析與其相互驗證，重點分析輕型移動式防汛擋水闆的(de)結構受力和(hé / huò)破壞形态。

安裝時(shí)，先将立柱通過螺栓固定在(zài)基礎預埋件上(shàng)，并根據情況安裝支撐杆；立柱之(zhī)間安裝疊梁闆，每塊疊梁闆底部和(hé / huò)立柱側面設有橡膠密封，用豎向緊固裝置和(hé / huò)側向緊固裝置将橡膠壓緊，達到(dào)止水密封的(de)目的(de)。

輕型移動式防汛擋水闆較傳統的(de)擋水結構體積和(hé / huò)質量大(dà)大(dà)減小，爲(wéi / wèi)研究其結構安全性，本文以(yǐ)監測試驗爲(wéi / wèi)主要(yào / yāo)手段。

3監測試驗方案

試驗件立柱及疊梁闆采用6061-T4鋁合金型材，各力學參數見表1。

注：鋁合金薄壁構件可能出(chū)現受壓局部屈曲，表中截面模量已按有效截面折減換算。

試驗分别采用四跨1.6m高懸臂結構的(de)輕型移動式防汛擋水闆和(hé / huò)三跨3.0m高設支撐結構的(de)輕型移動式防汛擋水闆進行不(bù)同高度靜水作用下的(de)監測試驗。監測内容包括應力和(hé / huò)位移，應變監測采用VS100系列型振弦表面應變計，位移監測采用遊标卡尺。

1.6m懸臂結構采用60mm厚疊梁闆；3.0m設支撐結構采用120mm厚疊梁闆，柱後中間位置設45°支撐，支撐杆采用60mm×60mm×4mm鍍鋅方管（穩定系數爲(wéi / wèi)0.50）。柱腳用2塊290mm×130mm×10mm不(bù)鏽鋼與柱鋁合金型材以(yǐ)螺栓連接。

4監測分析

4.1監測成果分析

可知，2#柱的(de)内力較1#柱大(dà)，因此支撐與立柱安裝偏移情況對整個(gè)結構體系受力有較大(dà)影響。對1#柱不(bù)同水位下各監測點的(de)應力和(hé / huò)位移進行分析。

可知，随着水位上(shàng)升，各構件應力快速增加，其中以(yǐ)柱腳和(hé / huò)支撐應力增加速度快。位移随着水位上(shàng)升呈線性增加，當水位超過2.4m後，柱頂位移增加速度明顯加快，柱中位移依舊呈線性增加。監測試驗結果表明柱腳和(hé / huò)支撐所受應力大(dà)，易先破壞；擋水高度超過1.5倍支撐點高度後，立柱位移增加速度明顯加快。方法與監測成果進行比較。

理論公式分析：采用SMSOLVER軟件分析該結構各部件的(de)受力及位移，并按理論公式計算應力[1-2]，支撐杆還需進行穩定系數驗算。

4.2理論分析及有限元驗證

可知，支撐杆實測應力值大(dà)于(yú)計算應力值，其他(tā)部位實測應力值一(yī / yì ／yí)般略小于(yú)計算應力值；支撐安裝有偏移後各部位應力均有增大(dà)。經分析，支撐杆爲(wéi / wèi)受壓杆，杆件的(de)撓曲變形和(hé / huò)幾何缺陷（如初彎曲、初偏心）在(zài)力作用下将産生彎矩，導緻實際應力大(dà)于(yú)計算應力，故壓杆要(yào / yāo)考慮穩定系數；當支撐安裝有偏移時(shí)，支撐效應減弱，支撐和(hé / huò)立柱的(de)應力均有所增大(dà)；其他(tā)部位的(de)應力受整體協調變形影響有偏移所減小。同時(shí)，計算結果表明：有限元值與實測應力更貼近，理論公式值更偏于(yú)安全；支撐安裝情況對結構受力影響較大(dà)。因此，采用理論公式或有限元方法進行應力計算時(shí)，要(yào / yāo)考慮支撐效應減弱後結構的(de)安全系數；在(zài)實際應用時(shí)，支撐安裝面與移動式防汛擋水闆要(yào / yāo)盡可能垂直，并做好支撐兩端的(de)固定。

經分析，實際中移動式防汛擋水闆爲(wéi / wèi)可活動構件，受固定螺栓孔加工誤差影響可能産生整體水平位移，受柱底橡膠不(bù)均勻壓縮影響可能使産生發生小角度傾斜，這(zhè)2個(gè)因素将導緻實際位移比計算位移大(dà)。同時(shí)，計算結果表明：理論計算值雖然大(dà)于(yú)有限元計算值，其精度也(yě)能滿足應用要(yào / yāo)求；立柱的(de)制作工藝和(hé / huò)支撐安裝偏移對結構位移影響較大(dà)。因此，在(zài)實際應用時(shí)，需盡可能減小由立柱制作工藝和(hé / huò)支撐安裝偏移産生的(de)位移，并加強結構自身剛度，預留一(yī / yì ／yí)定位移安全餘量，保證結構位移在(zài)規定範圍内。

4.3破壞形态研究

由有限元分析計算及監測成果可知，移動式防汛擋水闆的(de)應力在(zài)支撐杆、柱腳闆較大(dà)。破壞試驗将支撐杆更換，觀察其破壞系統。

把3.0m設支撐結構的(de)支撐杆換成50mm×50mm×4mm鋼管（穩定系數爲(wéi / wèi)0.41），在(zài)3.0m水壓下計算應力

試驗中當水位達2.9m時(shí)，安裝有偏移的(de)支撐杆瞬間失穩破壞，柱腳臨水側局部受拉破壞，試驗結果與理論分析成果基本吻合。

因此在(zài)應用時(shí)需加強支撐的(de)抗失穩設計，适當加厚柱腳闆，減小破壞風險。

根據上(shàng)述研究成果，試驗方案設計的(de)輕型移動式防汛擋水闆在(zài)擋水試驗下的(de)應力和(hé / huò)位移基本滿足相應規範要(yào / yāo)求，其受力主要(yào / yāo)集中在(zài)柱腳闆、支撐等部位，實際位移受加工誤差、橡膠壓縮等因素影響往往大(dà)于(yú)理論位移，結構破壞時(shí)先破壞支撐結構再拉壞柱腳。如在(zài)動載作用下，還要(yào / yāo)考慮動載增幅系數、疲勞強度、荷載方向與支撐不(bù)在(zài)同一(yī / yì ／yí)平面等影響。因此在(zài)實際應用時(shí)，需重點加強柱腳闆和(hé / huò)支撐等結構薄弱部位設計，在(zài)保證結構安全性的(de)同時(shí)，滿足結構輕便性。