今天小編通過對防汛擋水板的使用前景以及施工藝做個簡單的介紹，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對移動式防汛擋水板的結(jié)構(gòu)受力和破壞形態(tài)做出研究。

1應(yīng)用前景

防汛擋水板早期起源于西方國家，它具有重量輕輕、堅固耐用、安裝迅速、方便存放的特點(diǎn)，可應(yīng)用于低下車庫、低洼地區(qū)及其他重要建筑物防洪水保護(hù)等方面，今年來已經(jīng)取得了不俗的成就。

2結(jié)構(gòu)及安全性研究方法

輕型移動式防汛擋水板一般由疊梁板、立柱、支撐、止水橡膠、壓緊裝置、基礎(chǔ)及預(yù)埋件等組成，單個構(gòu)件質(zhì)量宜控制50kg以內(nèi)，以方便人工結(jié)合小型機(jī)械操作。通過理論計算和有限元分析與其相互驗(yàn)證，重點(diǎn)分析輕型移動式防汛擋水板的結(jié)構(gòu)受力和破壞形態(tài)。

安裝時，先將立柱通過螺栓固定在基礎(chǔ)預(yù)埋件上，并根據(jù)情況安裝支撐桿；立柱之間安裝疊梁板，每塊疊梁板底部和立柱側(cè)面設(shè)有橡膠密封，用豎向緊固裝置和側(cè)向緊固裝置將橡膠壓緊，達(dá)到止水密封的目的。

輕型移動式防汛擋水板較傳統(tǒng)的擋水結(jié)構(gòu)體積和質(zhì)量大大減小，為研究其結(jié)構(gòu)安全性，本文以監(jiān)測試驗(yàn)為主要手段。

3監(jiān)測試驗(yàn)方案

試驗(yàn)件立柱及疊梁板采用6061-T4鋁合金型材，各力學(xué)參數(shù)見表1。

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

試驗(yàn)分別采用四跨1.6m高懸臂結(jié)構(gòu)的輕型移動式防汛擋水板和三跨3.0m高設(shè)支撐結(jié)構(gòu)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(jiān)測試驗(yàn)。監(jiān)測內(nèi)容包括應(yīng)力和位移，應(yīng)變監(jiān)測采用VS100系列型振弦表面應(yīng)變計，位移監(jiān)測采用游標(biāo)卡尺。

1.6m懸臂結(jié)構(gòu)采用60mm厚疊梁板；3.0m設(shè)支撐結(jié)構(gòu)采用120mm厚疊梁板，柱后中間位置設(shè)45°支撐，支撐桿采用60mm×60mm×4mm鍍鋅方管（穩(wěn)定系數(shù)為0.50）。柱腳用2塊290mm×130mm×10mm不銹鋼與柱鋁合金型材以螺栓連接。

4監(jiān)測分析

4.1監(jiān)測成果分析

可知，2#柱的內(nèi)力較1#柱大，因此支撐與立柱安裝偏移情況對整個結(jié)構(gòu)體系受力有較大影響。對1#柱不同水位下各監(jiān)測點(diǎn)的應(yīng)力和位移進(jìn)行分析。

可知，隨著水位上升，各構(gòu)件應(yīng)力快速增加，其中以柱腳和支撐應(yīng)力增加速度快。位移隨著水位上升呈線性增加，當(dāng)水位超過2.4m后，柱頂位移增加速度明顯加快，柱中位移依舊呈線性增加。監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果表明柱腳和支撐所受應(yīng)力大，易先破壞；擋水高度超過1.5倍支撐點(diǎn)高度后，立柱位移增加速度明顯加快。方法與監(jiān)測成果進(jìn)行比較。

理論公式分析：采用SMSOLVER軟件分析該結(jié)構(gòu)各部件的受力及位移，并按理論公式計算應(yīng)力[1-2]，支撐桿還需進(jìn)行穩(wěn)定系數(shù)驗(yàn)算。

4.2理論分析及有限元驗(yàn)證

可知，支撐桿實(shí)測應(yīng)力值大于計算應(yīng)力值，其他部位實(shí)測應(yīng)力值一般略小于計算應(yīng)力值；支撐安裝有偏移后各部位應(yīng)力均有增大。經(jīng)分析，支撐桿為受壓桿，桿件的撓曲變形和幾何缺陷（如初彎曲、初偏心）在力作用下將產(chǎn)生彎矩，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)力大于計算應(yīng)力，故壓桿要考慮穩(wěn)定系數(shù)；當(dāng)支撐安裝有偏移時，支撐效應(yīng)減弱，支撐和立柱的應(yīng)力均有所增大；其他部位的應(yīng)力受整體協(xié)調(diào)變形影響有偏移所減小。同時，計算結(jié)果表明：有限元值與實(shí)測應(yīng)力更貼近，理論公式值更偏于安全；支撐安裝情況對結(jié)構(gòu)受力影響較大。因此，采用理論公式或有限元方法進(jìn)行應(yīng)力計算時，要考慮支撐效應(yīng)減弱后結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)；在實(shí)際應(yīng)用時，支撐安裝面與移動式防汛擋水板要盡可能垂直，并做好支撐兩端的固定。

經(jīng)分析，實(shí)際中移動式防汛擋水板為可活動構(gòu)件，受固定螺栓孔加工誤差影響可能產(chǎn)生整體水平位移，受柱底橡膠不均勻壓縮影響可能使產(chǎn)生發(fā)生小角度傾斜，這2個因素將導(dǎo)致實(shí)際位移比計算位移大。同時，計算結(jié)果表明：理論計算值雖然大于有限元計算值，其精度也能滿足應(yīng)用要求；立柱的制作工藝和支撐安裝偏移對結(jié)構(gòu)位移影響較大。因此，在實(shí)際應(yīng)用時，需盡可能減小由立柱制作工藝和支撐安裝偏移產(chǎn)生的位移，并加強(qiáng)結(jié)構(gòu)自身剛度，預(yù)留一定位移安全余量，保證結(jié)構(gòu)位移在規(guī)定范圍內(nèi)。

4.3破壞形態(tài)研究

由有限元分析計算及監(jiān)測成果可知，移動式防汛擋水板的應(yīng)力在支撐桿、柱腳板較大。破壞試驗(yàn)將支撐桿更換，觀察其破壞系統(tǒng)。

把3.0m設(shè)支撐結(jié)構(gòu)的支撐桿換成50mm×50mm×4mm鋼管（穩(wěn)定系數(shù)為0.41），在3.0m水壓下計算應(yīng)力

試驗(yàn)中當(dāng)水位達(dá)2.9m時，安裝有偏移的支撐桿瞬間失穩(wěn)破壞，柱腳臨水側(cè)局部受拉破壞，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析成果基本吻合。

因此在應(yīng)用時需加強(qiáng)支撐的抗失穩(wěn)設(shè)計，適當(dāng)加厚柱腳板，減小破壞風(fēng)險。

根據(jù)上述研究成果，試驗(yàn)方案設(shè)計的輕型移動式防汛擋水板在擋水試驗(yàn)下的應(yīng)力和位移基本滿足相應(yīng)規(guī)范要求，其受力主要集中在柱腳板、支撐等部位，實(shí)際位移受加工誤差、橡膠壓縮等因素影響往往大于理論位移，結(jié)構(gòu)破壞時先破壞支撐結(jié)構(gòu)再拉壞柱腳。如在動載作用下，還要考慮動載增幅系數(shù)、疲勞強(qiáng)度、荷載方向與支撐不在同一平面等影響。因此在實(shí)際應(yīng)用時，需重點(diǎn)加強(qiáng)柱腳板和支撐等結(jié)構(gòu)薄弱部位設(shè)計，在保證結(jié)構(gòu)安全性的同時，滿足結(jié)構(gòu)輕便性。