徐东坡+马世浩+周华

摘 要：移动式防洪墙在城市防洪中具有广泛的应用前景，为了更好地掌握其工作时受力和变形的真实情况，从而选取相应材料，达到省材稳定的防洪效果。利用弹性力学的基本知识分析其受力情况，求解移动式防洪墙的弹性力学解答，解决材料选取的问题。在利用弹性力学时，对原型的受力以及边界条件进行简化工作，并对最终结果进行修正，从而使材料选取偏于安全，使结果对工程实际具有一定的指导意义。

关键词：弹性力学；移动式防洪墙；基本解答

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.232

1 引言

随着城市的建设发展，越来越多的城市地下空间出入口投入使用，而一些突发性暴雨常常会淹没地下车库或者灌入地铁入口，造成巨大损失，由于各种新型移动式防洪墙的使用使得人们能快速便捷的应对此类现象。就目前移动式防洪墙的材料确定都是基于ANSYS的有限元分析和模型试验来确定的，由于模型试验在确定材料方面盲目性过大，故其大多用于分析结构的渗流和稳点。ANSYS主观性较强，网格划分的不同得到的结果就存在区别，则此方法大多用来验证实验结果。在墙体材料具体的选取方面大多停留在根据经验，结合国内外已有的材料来选择，尚没有完全的理论分析来指导材料的选取。

弹性力学主要是研究可变形固体在力、温度变化、约束变动等外部因数作用下所产生的应力、应变和位移的经典学科。移动式防洪墙在宽度上取单宽则可以简化为梁，水压力作用为三角形分布荷载，其结构形式符合弹性力学的基本假定，而在弹性力学[1，2]中给出了简支梁在均布荷载作用下比材料力学更为精确的弹性力学解答，张伟就集中荷载作用下两端固支梁的弹性力学解进行了研究[3]。而针对防洪墙这一受力问题的研究鲜有阐述。本文则主要针对移动式防洪墙的材料选取这一问题，进过初设结构尺寸，并分析其运行时的受力状态，用弹性力学半逆解法求解出工作状态下移动式防洪墙的应力函数，再结合边界条件对应力函数的各系数求解，最终得到应力分量。然后分析求解移动式防洪墙的最危险截面最危险点处的应力值，利用材料力学第四强度理论对移动式防洪墙的材料选择与结构分析提供指导。

2 移动式防洪墙形式组成与尺寸

2.1 移动式防洪墙结构组成

我们移动式防洪墙主要由以下各部分组成：斜墙式挡板、底板与支撑杆件。其中挡板与底板之间、前底板与后底板之间均采用合页连接的方式，撑杆上沿抵在挡板背面的固定卡槽中，撑杆下沿抵在后底板的两根横梁处。挡板、底板、撑杆三者构成三角形几何稳定结构，利用来水对底板的压力和整个墙体的自重作用来增强防洪墙自身的抗滑稳定性。

2.2 移动式防洪墙尺寸

防洪墙尺寸的计算主要根据洪水的水平推力与洪水作用下防洪墙与地基摩擦阻力平衡条件得出。取设计水位h=1m，以节省材料为目的，并结合抗滑稳定分析对结构尺寸进行优化可求解出各部分尺寸分别为：挡板：长、宽分别为1.3m、1m，厚0.004m；前底板长、宽分别为0.7m、1m，厚0.004m；厚底板长、宽分别为1.3m、0.1m，厚0.004m；给部分肋和撑杆的长、宽分别为0.96m、0.02m，厚0.02m。

3 基于弹性力学的移动式防洪墙材料选择与优化

弹性力学研究的是理想弹性体的小变形问题，而移动式防洪墙材料与受力变形上均满足基本假定，则按弹性力学求解是科学的、准确的。

由截面尺寸设计可知，防洪墙设计水位为1m，且利用前挡板与后地板和撑杆之间的关系可以简化挡板与另外两个部分之间的连接形式为简支梁，受到三角形分布荷载q，即形式为一矩形简支梁，梁宽为单位宽度，梁高为h，梁长为l，体积力分别为X，Y均为零，如图1所示。

分别代入即可求得任意截面上任意一点的应力分量。此时只需要分析确定出移动式防洪墙的最危险点即可求解出最危险的应力值，并按照第四强度理论设计选择符合应力要求的墙体材料。

值得注意的是，进行弹性力学求解时，由于原问题边界条件和受力情况比较复杂且进行了适当的简化，因此在求得最终应力的基础上应分别乘以安全系数值，即材料应力设计值为：

4 结论

通過对移动式防洪墙受力分析与求解其弹性力学基本解答，可以较为精确的确定出移动式防洪墙的最危险截面上最危险点的应力，并结合第四强度理论可以更经济、安全的设计移动式防洪墙材料；结合相应的工程要求，采用不同尺寸时均可采用结论分析墙体最危险点的应力值，按工程需求进行材料的选取，对该工程起到指导性的作用。

参考文献：

[1]徐芝纶.弹性力学简明教程[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]陆明万，罗雪富.弹性理论基础[M].北京：清华大学出版社，2001.

[3]张伟.集中荷载作用下两端固支梁的弹性力学解[J].华北水利水电学院学报，2006，27（04）：40-42.

项目基金：国家级大学生创新创业训练计划项目 项目编号：201610078082

作者简介：徐东坡（1995-），男，河南焦作人，本科，主要研究方向：水利水电工程及河流泥沙。endprint