[發(fā)明專利]一種生態(tài)氣囊支撐壩的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110313237.5
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113312689B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙海濤;黃杰;丁健;陳碩;謝軍;王健;相宇;李曉龍;吳昊田;劉世斌;劉勇昌;呂志慶;阮鶴捷;王志敏
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;E02B7/00;G06F119/14
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發(fā)明公開了一種生態(tài)氣囊支撐壩的設(shè)計(jì)方法，包括步驟1，建立力學(xué)模型：氣囊和閘門一端通過主錨栓錨固于上游壩底基礎(chǔ)上，其中錨固點(diǎn)形成閘門的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)O，閘門為弧形鋼板；以旋轉(zhuǎn)點(diǎn)O為原點(diǎn)，壩底基礎(chǔ)所在直線為x軸，過原點(diǎn)且沿生態(tài)氣囊支撐壩水位高程方向?yàn)閥軸，建立生態(tài)氣囊支撐壩力學(xué)模型；步驟2，閘門厚度設(shè)計(jì)；步驟3，主錨栓的參數(shù)設(shè)計(jì)，每根主錨栓的設(shè)計(jì)承受荷載；步驟4，限位帶中副螺栓的有效埋深確定。本發(fā)明提供了生態(tài)氣囊支撐壩中關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算求解方法，如氣囊對閘門的支持力等力和力矩的確定、氣囊氣壓、截面最大撓度、截面應(yīng)力、氣盾壩面板厚度選擇及勁肋厚度選型、錨栓個(gè)數(shù)及埋置深度的具體計(jì)算公式，計(jì)算簡單且安全可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及活動閘壩結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種生態(tài)氣囊支撐壩的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著國家對環(huán)境保護(hù)的重視程度不斷加大，中小河流治理和城市生態(tài)水系工程發(fā)展迅速，要求工程的總體布置和設(shè)備的選型不但要具有常規(guī)水利工程所要求的使用功能，而且更要具備與生態(tài)環(huán)境相適應(yīng)的多種功能。已建的翻板壩、鋼閘壩、橡膠壩等盡管能滿足或者部分滿足上述要求，但仍然存在不足。例如橡膠壩容易被尖銳物破壞、制造安裝周期長，鋼閘壩啟閉操作繁瑣、需要增設(shè)中墩影響行洪等，翻板壩存在淤泥混雜物阻塞不能翻轉(zhuǎn)等問題。生態(tài)氣囊支撐壩是基于傳統(tǒng)鋼閘門、橡膠壩研發(fā)的一種新型、環(huán)保的水利設(shè)施，具有技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、構(gòu)造簡單、施工期短、環(huán)保性強(qiáng)、故障率低、易于維護(hù)、使用壽命長等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于河道治理、水庫排污排漂、壩頂加高、海口防潮、引水灌溉、防洪排澇、城市景觀等工程，目前在國內(nèi)已經(jīng)施工60余座。

但生態(tài)氣囊支撐壩在基礎(chǔ)研究方面嚴(yán)重滯后，2008年于峰介紹了生態(tài)氣囊支撐壩較傳統(tǒng)壩體的優(yōu)勢，對生態(tài)氣囊支撐壩的結(jié)構(gòu)、功能及優(yōu)勢做出較全面的說明。2013年冀振亞等初步建立了生態(tài)氣囊支撐壩的力學(xué)模型，給出了生態(tài)氣囊支撐壩的氣囊的形狀和系統(tǒng)中部分力的計(jì)算公式，但是仍有部分參數(shù)(包括氣囊各部分的長度，錨固力的計(jì)算方法，氣囊對盾板的支撐力的方向等)未給出證明、推導(dǎo)。生態(tài)氣囊支撐壩是結(jié)合傳統(tǒng)鋼閘門、橡膠壩研發(fā)的新產(chǎn)品，因此已有的傳統(tǒng)鋼閘門、橡膠壩設(shè)計(jì)方法、數(shù)值仿真、試驗(yàn)方法等可以提供借鑒。橡膠壩的設(shè)計(jì)已比較成熟，生態(tài)氣囊支撐壩的氣囊設(shè)計(jì)可參考我國現(xiàn)行的橡膠壩設(shè)計(jì)規(guī)范，比如氣囊的環(huán)向拉力、錨固螺栓的受力和各部分長度等，為生態(tài)氣囊支撐壩的設(shè)計(jì)提供一定有益的參考。國志鵬、周政民等對橡膠壩運(yùn)行中存在的問題提出的改進(jìn)方案和優(yōu)化措施也對生態(tài)氣囊支撐壩設(shè)計(jì)有著積極作用。平面鋼閘門和弧形鋼閘門設(shè)計(jì)也已成熟，生態(tài)氣囊支撐壩鋼面板的選型與設(shè)計(jì)、數(shù)值仿真與測試方法可以借鑒。總的來說，國內(nèi)目前對生態(tài)氣囊支撐壩設(shè)計(jì)尚未建立嚴(yán)密、明確的力學(xué)模型，急需完善；無設(shè)計(jì)規(guī)范可循，設(shè)計(jì)單位沒有參考依據(jù)，所采用的簡化方法導(dǎo)致計(jì)算安全度過高，造成成本大大提高，設(shè)計(jì)方法需要開展深入、系統(tǒng)研究，為推進(jìn)這一生態(tài)壩型推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種生態(tài)氣囊支撐壩的設(shè)計(jì)方法，該生態(tài)氣囊支撐壩的設(shè)計(jì)方法提供了生態(tài)氣囊支撐壩中關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算求解方法，如氣囊對閘門的支持力等力和力矩的確定、氣囊氣壓、截面最大撓度、截面應(yīng)力、氣盾壩面板厚度選擇及勁肋厚度選型、錨栓個(gè)數(shù)及埋置深度的具體計(jì)算公式，計(jì)算簡單且安全可靠。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種生態(tài)氣囊支撐壩的設(shè)計(jì)方法，包括步驟1，建立力學(xué)模型：氣囊和閘門的一端通過主錨栓錨固于上游的壩底基礎(chǔ)上，其中錨固點(diǎn)形成閘門的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)O，閘門為弧形鋼板；假設(shè)，氣囊與閘門中下游凹弧面的貼合段為OA，氣囊與下游壩底基礎(chǔ)的貼合段為OB，氣囊的弧形自由段為弧AB；以旋轉(zhuǎn)點(diǎn)O為原點(diǎn)，壩底基礎(chǔ)所在直線為x軸，過原點(diǎn)且沿生態(tài)氣囊支撐壩水位高程方向?yàn)閥軸；建立生態(tài)氣囊支撐壩力學(xué)模型如下：

式中：

F_q為氣囊對閘門的支持力，N；

F_x為閘門所受水的水平壓力，N；