新型翻转式钢结构子堤技术研究

摘要

近年来气候条件逐渐恶化，极端气候条件频繁出现，台风和暴雨使河水位和潮水位急剧升高，很多防洪堤达不到超高要求；与此同时，人们对于景观的要求也越来越高，而传统的加高加固堤防的方式虽然能够满足安全要求，但往往形成江滨大道边生硬的一堵墙,影响了城市景观。针对这一情况,本文提出了以翻转式钢结构子堤代替传统堤防的方案，将传统的防洪墙改为上部为钢闸板，下部为转轴，轴固定在基座上的新式结构，这一方案是在考虑现有堤防不能满足人们对景观要求的情况下,结合国内外已有的一些新型堤防，经过创新设计出的一种新堤型。与传统的填土筑堤加高扩建来提高防洪标准的方式相比,这一堤型具有不破坏城市景观、不多占城市土地，安全可靠等优点。代表了我国城市防洪工程建设的一个新的发展方向,对城市防洪工程加高加固建设具有十分重要的现实意义。
　　本文中以某地区实际工程资料为依据进行了堤型设计，确定了结构材料、子堤挡水高度、挡水闸板的具体尺寸等，并对其工作原理进行阐述。基于有限元理论，建立三维有限元模型，进行设计工况下的静力分析，计算模型在平均波浪压力和静水压力共同作用下的变形特性，结构中纵梁的最大挠度为为0.26mm，横梁最大挠度为0.23mm，结构中的最大应力为23.8MPa，满足规范要求。同时，由于模型中存在薄板和细长构件，压力作用下可能出现破坏失稳，故又对结构进行了屈曲分析，研究了结构在荷载作用下的稳定性，对结构局部进行优化，对优化后的体型进行验算，结构中纵梁的最大挠度为0.33mm，横梁最大挠度为0.333mm，结构中最大应力为23.5MPa，节省钢材用量约15％，效果较好。
　　其次，由于钢闸板在运行过程中受波浪的作用时随时变化的，一旦外荷载频率与结构自振频率相同，结构将发生强烈振动，可能导致破坏。故对钢闸板的振动特性进行了分析，首先计算了其在无水状态下的干模态，得出结构自振频率；为研究闸板是否因为挡水振动频率降低而发生共振，又对钢闸板在设计水位以下的频率变化范围进行了计算，即进行湿模态的计算，并与干模态的计算结果进行比较，计算结果表明随挡水高度的增加钢闸板振动频率明显减低，当挡水高度为2.0m时，降幅达48%。
　　此外，又对结构在波浪动荷载作用下的历时响应进行计算和分析，与静力计算结果进行比较知这种情况下的计算结果比静力计算结果更偏安全，再次证明了该新型堤防在理论上是安全可靠的，为滨海城市防洪提供了新思路。

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第一章 绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究综述

1.3本文主要的研究内容

第二章 新型翻转式钢结构子堤方案设计

2.1工程概况

2.2方案设计的依据和主要任务

2.3方案设计

2.4运用条件

2.5与传统方案的对比

2.6本章小结

第三章 结构静力分析

3.1模型建立及网格划分

3.2各材料强度标准

3.3计算工况设计

3.4静力计算结果分析

3.5本章小结

第四章 结构屈曲分析及体型优化

4.1屈曲的基本概念和分类

4.2杆梁空间体系静力屈曲分析

4.3动力屈曲分析

4.4结构体型优化

4.5本章小结

第五章 钢闸板的动力响应分析

5.1 模态分析

5.2波浪作用下闸板的动力响应

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

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致谢