钢构泥石流格栅坝抗冲击性能研究

摘要

近年来泥石流灾害频发，其暴发突然、破坏大，给人民的生命和财产安全带来巨大隐患。我国饱受泥石流灾害的侵扰，尤其是甘肃舟曲8.8特大泥石流灾害震惊了世界，对该地区造成了毁灭性的破坏。自上世纪60年代始，我国已展开了关于泥石流的研究工作，在泥石流监测预警、形成过程、灾害治理技术等多方面取得了显著的成绩。但由于泥石流复杂的组分以及力学机制，使对于泥石流防治结构的研究较为困难。
　　本文以舟曲三眼峪泥石流灾害治理为背景，指出导致防治结构损毁最主要的原因是泥石流中巨石冲击破坏，对泥石流巨石冲击作用进行研究。总结泥石流防治体系的防治特点，利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对现有钢构格栅坝在泥石流巨石冲击作用下的抗冲击性能加以研究。此外，在现有钢构格栅坝防治性能的基础上提出了带支撑钢构格栅坝这一改进防治结构，同样利用LS-DYNA软件对带支撑钢构格栅坝的抗泥石流冲击性能进行分析，并与现有钢构格栅坝的分析结果做出对比。
　　对现有钢构格栅坝的研究结果表明:(1)作用在钢构格栅坝上的冲击力大小与被冲击构件刚度密切相关，被冲击构件刚度越大，结构受到的冲击力越大;(2)现有钢构格栅坝在冲击作用下，冲击作用部位、结构支座部位及梁柱节点部位响应较大，设计时应予以加强;(3)钢构格栅坝不同位置遭受冲击作用时结构响应完全不同，与冲击力作用在梁柱节点时相比较，冲击力作用在构件中部时结构整体响应明显较小。
　　对带支撑钢构格栅坝的研究结果表明:(1)带支撑钢构格栅坝可以有效的减小泥石流巨石冲击下结构的位移，就本文的带支撑钢构格栅坝而言，其在现有钢构格栅坝基础上位移减小了50％之多;(2)带支撑钢构格栅坝的柱底支反力会有所增大，个别柱脚支反力较原反力增加了1倍，工程设计时该类边柱柱脚应适当予以加强;(3)选取支撑布置形式合理的带支撑钢构格栅坝能有效减小结构各单元应力，可使支撑作为耗能构件消耗冲击作用能量，进而保护主体结构免受冲击破坏。
　　以上研究结果为泥石流拦挡工程中钢构格栅坝的设计提供了参考，为其应用于工程实践奠定了基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状综述

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究思路及技术路线

1．3．3 课题创新性

第2章 LS-DYNA基本理论及适用性分析

2．1 LS-DYNA概况

2．2 LS-DYNA分析能力

2．3 LS-DYNA程序算法基础

2．3．1 显式与隐式积分

2．3．2 接触界面算法

2．3．3 沙漏控制技术

2．4 LS-DYNA计算流程

2．5 LS-DYNA对研究本课题的适用性

第3章 现有钢构格栅坝抗冲击性能分析

3．1 钢构格栅坝防治结构的提出

3．2 钢构格栅坝设计理念

3．2．1 栅格尺寸

3．2．2 设计荷载

3．2．3 荷载组合

3．3 冲击作用分析

3．3．1 冲击脉冲形式

3．3．2 冲击力计算方法

3．3．3 钢球模拟巨石冲击

3．3．4 钢球模拟巨石冲击结果

3．4 钢构格栅坝有限元分析

3．4．1 建立模型

3．4．2 有限元结果分析

3．5 本章小结

第4章 带支撑钢构格栅坝抗冲击性能分析

4．1 带支撑钢构格栅坝的提出

4．2 带支撑钢构格栅坝有限元分析

4．2．1 模型尺寸的确定

4．2．2 有限元模型的建立

4．2．3 有限元结果对比分析

4．3 本章小结

第5章 冲击速度对带支撑钢构格栅坝抗冲击性能的影响

5．1 冲击速度的确定

5．2 有限元模型的建立

5．3 有限元结果对比分析

5．3．1 结构位移对比分析

5．3．2 Von Mises应力对比分析

5．3．3 支反力对比分析

5．3．4 加速度对比分析

5．4 本章小结

结论和展望

结论

展望

参考文献

致谢

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