武星亮，代英男，唐鴻洋，孫 巍，王東輝

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼陽111003)

0 前言

面對城市內(nèi)澇的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，除合理設(shè)計(jì)城市排洪管網(wǎng)外[1-2]，防洪墻的建設(shè)對城市防洪也起著舉足輕重的作用[3]。

新型鋁合金防洪墻具有閑時(shí)充當(dāng)路面，用時(shí)自啟動的特點(diǎn)。此外，組件設(shè)計(jì)采用鋁合金擠壓型材，具有比強(qiáng)度高、一體擠壓成型、安裝方便等優(yōu)勢，同時(shí)鋁型材表面能夠自動生成氧化薄膜，避免洪水腐蝕，提高產(chǎn)品壽命[4-5]。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 斷面設(shè)計(jì)

為了滿足新型鋁合金防洪墻墻體的密封性能、強(qiáng)度、剛度和外觀質(zhì)量的可行性，墻體采用鋁型材焊接而成，型材分別起到承重、提供浮力和密封型腔的作用。承重型材結(jié)構(gòu)如圖1所示。兩端設(shè)計(jì)為插接結(jié)構(gòu)，便于焊接，中間部分采用長方形腔體加豎向加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，在減重的同時(shí)提高型材的自身剛度。浮體型材斷面如圖2所示。較大的腔體使得型材的等效密度小于水的密度，從而提供較大的浮力。

圖1承重型材

圖2浮體型材

1.2 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型鋁合金防洪墻主體結(jié)構(gòu)由墻體承重層、浮體層、密封防水系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)組成，防洪墻墻體先通過型材插接為一體，再焊接固定。墻體上浮后，拉桿提供反拉力，抵抗洪水對墻體的壓力。此外，防洪墻的墻體采用模塊化設(shè)計(jì)，降低施工難度，提高安裝效率，同時(shí)墻體模塊寬度方向調(diào)整范圍為1.2～2m，以便適應(yīng)不同應(yīng)用場景。圖3為墻體寬度等于1.2m時(shí)的三維數(shù)模。

圖3新型鋁合金防洪墻三維模型

2 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析

由于新型鋁合金防洪墻在非工作狀態(tài)時(shí)會承受汽車重力荷載的作用，故運(yùn)用有限元分析軟件進(jìn)行靜力學(xué)分析，以便校驗(yàn)強(qiáng)度、剛度是否滿足要求。

該防洪墻靜力學(xué)分析的具體參數(shù)見表1。

表1靜力學(xué)分析具體參數(shù)

經(jīng)參數(shù)定義后，通過有限元軟件模擬分析，得出如圖4、圖5的分析結(jié)果。從分析結(jié)果可以看出，墻體受到汽車重力荷載時(shí)，最大應(yīng)力為81.26MPa，最大變形量為0.877mm。而墻體材料6061-T6的屈服強(qiáng)度為240MPa，焊接強(qiáng)度為110MPa，故在荷載作用下的應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料屈服強(qiáng)度，且變形量在彈性變形范圍內(nèi)。因此，新型鋁合金防洪墻的強(qiáng)度、剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4應(yīng)力分析結(jié)果

圖5位移分析結(jié)果

3 運(yùn)動分析

新型鋁合金防洪墻的運(yùn)動分析主要研究隨著水位的上升，對防洪墻墻體的靜水壓力能否克服墻體重力，從而使墻體上浮的情況。采用實(shí)驗(yàn)分析的研究方法，對防洪墻墻體角位移和水位高度進(jìn)行實(shí)測，經(jīng)數(shù)據(jù)擬合，最終輸出墻體角位移關(guān)于水位變化的曲線圖。具體的分析過程如下。

3.1 分析過程

在防洪墻旋轉(zhuǎn)中心安裝角位移傳感器，實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)安裝水位檢測傳感器，在水位上升過程中，分別對角位移和水位高度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

3.2 分析結(jié)果

數(shù)據(jù)采集后，經(jīng)數(shù)據(jù)擬合，輸出結(jié)果（如圖6所示）。從分析結(jié)果可知，當(dāng)水位達(dá)到70mm左右時(shí)，墻體開始上??；當(dāng)水位達(dá)到400mm左右時(shí)，墻體角位移達(dá)到最大值。由此可得，鋁合金防洪墻在靜水壓力作用下可自啟動。

圖6運(yùn)動分析位移曲線

4 結(jié)論

本文運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件對新型鋁合金防洪墻的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過有限元分析軟件和實(shí)驗(yàn)分析法完成主體結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析和運(yùn)動分析。結(jié)果表明：在汽車重力荷載作用下墻體的應(yīng)力為81.26MPa，遠(yuǎn)小于墻體材料的屈服極限?，F(xiàn)場測試結(jié)果顯示，當(dāng)槽內(nèi)水深達(dá)到70mm時(shí)，新型鋁合金防洪墻能夠在靜水壓力的作用下實(shí)現(xiàn)自啟動。因此，新型鋁合金防洪墻可以滿足使用要求，且設(shè)計(jì)方案可行。