防汛擋水板的結構受力和破壞形態（tài）研究

今天小編通過（guò）對防（fáng）汛擋水板的使用前景以及施工藝做個（gè）簡（jiǎn）單的介紹，並通過實驗數據對移動式防汛擋水板的結（jié）構受力和破壞（huài）形態做出研究。

1應用前景（jǐng）

防汛擋水板早期起源於西方國家，它具有重量輕輕、堅（jiān）固耐用、安裝迅速、方便存放的特點（diǎn），可（kě）應用於低下車庫、低窪地區及其他（tā）重要（yào）建築物防（fáng）洪水保護等方麵，今年來已經取得了不俗的成就。

2結構及安全性研究方法

輕型移動式防汛（xùn）擋水板（bǎn）一般由疊梁板、立柱（zhù）、支撐、止水橡（xiàng）膠、壓緊裝置、基礎及預埋件等（děng）組成，單個構件質量宜控製50kg以內，以（yǐ）方便人工結合小型機械操作。通過理論計算和有限元分析與其（qí）相互驗證，重點分（fèn）析輕型移動式防汛擋水板的（de）結構受力和破壞形態。

安裝時，先將立柱通過螺栓固（gù）定在基礎預埋件上，並根據情況（kuàng）安裝支撐杆；立柱之間安裝疊梁板，每塊疊梁板底（dǐ）部和立柱側麵設有橡（xiàng）膠密封，用豎向緊固裝置和（hé）側向緊固裝置將（jiāng）橡膠壓緊，達到（dào）止水密封的目的（de）。

輕型移動式防汛擋水板較傳統的（de）擋水結（jié）構體積和質量（liàng）大（dà）大減小，為（wéi）研究其結構安全性，本文以監測試驗為主要手段。

3監測試（shì）驗方案

試驗件立柱及疊梁（liáng）板采用（yòng）6061-T4鋁合金（jīn）型材，各力學參數見表1。

注：鋁合（hé）金薄壁構件可能（néng）出現受壓局部屈曲，表中截麵（miàn）模量已按有效截麵折減（jiǎn）換算。

試驗分別采用四跨1.6m高懸臂結構的輕型移動式防汛擋水板和三（sān）跨3.0m高設支撐結構的輕型移動式防汛擋水板進（jìn）行不同高度靜水作用下的監測試驗。監測內容（róng）包括應力和位移，應變（biàn）監測采用VS100係列（liè）型振弦表麵應變計，位移監測采用遊標卡尺。

1.6m懸臂結構采用60mm厚疊梁板（bǎn）；3.0m設（shè）支撐（chēng）結構采用120mm厚疊梁板，柱後中間（jiān）位置設45°支撐，支撐杆采用60mm×60mm×4mm鍍鋅方管（穩定（dìng）係數為0.50）。柱腳用2塊（kuài）290mm×130mm×10mm不鏽鋼與柱鋁合金型材以螺栓連接。

4監測分析

4.1監測成果分析

可（kě）知，2#柱的內力較1#柱大，因此支撐與立柱安（ān）裝（zhuāng）偏移情況對整個結構體係受力有較大（dà）影響。對1#柱不同水位下各監測點的應力和位移進行分（fèn）析。

可知，隨著水位上升，各（gè）構件應力快（kuài）速增（zēng）加，其（qí）中以柱腳和支撐應（yīng）力增加速（sù）度（dù）快。位移隨著水位上升呈線性增加，當水（shuǐ）位超過2.4m後，柱頂位移增加（jiā）速度明顯加（jiā）快，柱中位移依舊呈線性增加。監測試驗結果（guǒ）表明柱腳和支撐所受（shòu）應力大，易先（xiān）破壞；擋水高度超過1.5倍支撐點（diǎn）高度（dù）後，立柱位移增加速度明顯加快（kuài）。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（gāi）結構各部件的受力及位移，並按理論公式計算應（yīng）力[1-2]，支撐杆（gǎn）還需進行穩定係數驗算（suàn）。

4.2理論分析及有限元驗證

可知，支撐杆實測應（yīng）力值大於計算應力值，其他部位（wèi）實測應力值一（yī）般略小於計算應力（lì）值；支撐安（ān）裝有偏（piān）移後各部位應力均有增大。經分析，支撐（chēng）杆為受壓杆，杆件的撓（náo）曲變形和幾何缺陷（如初彎曲、初偏心）在力作用下將產生彎矩，導致實際應力（lì）大於計算應力，故（gù）壓杆要考慮穩（wěn）定係數；當支撐安裝有偏移時（shí），支撐效應減弱，支撐和立柱的應力均有所增大；其（qí）他部位的應力受整體協調變形影響有偏移所減小。同時，計算結果表明：有限（xiàn）元（yuán）值與實測應力更貼近，理論公式值更偏於（yú）安（ān）全；支撐安裝情況對結構受力（lì）影響較大（dà）。因此，采用理論公式或有限元方法（fǎ）進行應力計算時，要（yào）考慮支撐效應減弱後結構的安全係數；在實際（jì）應用時，支（zhī）撐安裝麵與移動式防汛擋水板要盡可能垂直（zhí），並做好支撐兩端的固定。

經分析，實際中移動式防汛擋水板為可活動構件（jiàn），受固定螺栓孔加工誤差影響可能產（chǎn）生整體（tǐ）水平位移，受柱底橡膠不均勻壓縮影響可（kě）能使產生發生小角度傾斜，這2個因素（sù）將導致實際位移比計算位（wèi）移大。同時，計算結果（guǒ）表明：理論計算值雖然大於有限元計算值，其精度也能滿足應用要求；立柱的製作工藝和支撐安裝偏移對結構位移影響較大。因此，在（zài）實際應用時，需盡可能減小由立柱製作工藝和支撐安裝偏移產生的位移（yí），並加強（qiáng）結構自身剛（gāng）度，預留一定位移安全餘量，保證結構位移在（zài）規定範圍內。

4.3破壞形態研究（jiū）

由有限元分析計算及監測成果可知，移動式防汛擋水（shuǐ）板的應力在（zài）支撐杆、柱腳板（bǎn）較大。破（pò）壞試（shì）驗將支撐杆更換，觀察（chá）其破壞係（xì）統。

把3.0m設支撐結構的支（zhī）撐杆換成50mm×50mm×4mm鋼管（穩定（dìng）係數為0.41），在3.0m水壓下計算（suàn）應力

試驗中當水（shuǐ）位達2.9m時，安裝（zhuāng）有（yǒu）偏移的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（lǐ）論分析成果基本吻合。

因此在應用時需加強支撐的抗失穩（wěn）設計，適當加厚柱腳（jiǎo）板，減小破壞風險（xiǎn）。

根據上述研究成果，試驗方案設計的輕型移動式防汛擋水板在擋水試驗下的應力和位移基本滿足（zú）相應規範要求，其受力（lì）主要集中在柱腳板、支撐等部位，實際位移受加工（gōng）誤差、橡膠壓縮等因素影響往往大於理論位移，結構破壞時先破壞（huài）支撐結構再拉壞柱腳。如在動載作用（yòng）下，還要考慮動載增幅係數、疲勞強度、荷載方向（xiàng）與支撐不在同一平麵等影響。因此在實際應（yīng）用時（shí），需重點（diǎn）加強柱腳板和支撐等結構薄弱部位設計，在保證結（jié）構安全性（xìng）的同時，滿足結構輕便性。