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水 利 学 报

2021 年 11 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 11 期

文章编号：0559-9350（2021）11-1281-14

新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝构件受力的简化计算方法

王永胜 ，吕宝宏 ，王金珂 ，王 冰 1，2
1，2
1，2
1，2
（1. 兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730050；
2. 兰州理工大学 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心，甘肃 兰州 730050）
摘要：针对常见泥石流防治结构被冲击破坏的问题，基于“柔性消能”理念，结合张弦梁结构和竖向预应力锚杆技
术，提出一种既能改善结构受力性能、增加结构整体抗冲击能力、保证结构安全可靠，又能减小结构构件截面尺
寸、节约成本、便于现场施工组装和后期运营维护的新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝，并阐述其技术原理。根据
泥石流荷载分布和新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝的受力特征，给出其简化的内力计算方法；并利用 SAP2000 建
立新结构有限元模型，分析了结构的整体受力，验证了构件简化计算方法的合理性；结合 Python 语言和 Qt De⁃
signer 软件开发了相应的设计计算软件，对新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝的内力进行求解。结果表明：提出的
新结构抗冲击性能好，构件受力均匀；以后设计中应关注竖杆的剪切脆性破坏和立柱偏心受力情况，保证结构安
全；变形协调仅使底层张弦梁与竖杆内力偏大，实际工程应用时，应着重验算底层构件，防止其破坏；文中提出
的简化计算方法能较准确的反映结构的受力特性，具有一定的合理性，研究可为新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝
的设计计算和推广应用提供理论依据和技术支持。
关键词：泥石流防治；新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝；柔性消能；内力计算；软件开发
中图分类号：P642.23 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210066

1 研究背景

［1］
我国是世界上泥石流分布最广、数量最多和危害最重的国家之一 。目前，工程防治结构是减轻
泥石流灾害最有效的手段。早期的重力式拦挡坝建造材料为浆砌石，在泥石流冲击作用下变形小、
强度低，易被摧毁 ［2-3］ 。1950 年代以来澳地利、日本等国家研究人员提出了一系列在坝体上设置开口
［6］
的透水坝 ［4-5］ 。汶川地震之后，针对地震扰动区高位泥石流能量大、破坏力强等特点 ，学者们对传
［7］
统实体坝和透水坝进行了结构优化与创新，相继推出了一些新型坝体。陈紫云等 提出了鱼嘴式穹隆
格栅坝型泥石流水石分离结构，利用结构的空间形态，使结构主要受压，提高材料的利用率；王永
［8］
胜等 提出了地锚扶壁式泥石流格栅坝，利用扶壁和地锚技术减轻泥石流对结构的冲击破坏，提高坝
［9］
体的稳定性；苏洁等 提出了石笼拱柔性拦截坝新技术，利用拱形石笼和废旧轮胎防冲垫层有效提高
了泥石流拦挡结构的抗冲击性能；王秀丽等 ［10］ 在传统格栅坝的基础上提出了一种新型钢结构空间网
格拦挡体系，增强了结构的整体刚度和强度；王东坡等 ［11］ 将竖向拦挡坝结构优化为弧形拦挡坝，引
导泥石流从动能向势能转换，提高了拦挡坝的抗冲击能力。
传统和新型拦挡坝设计时未充分考虑泥石流流速分布特征，均从增强防治结构本身的强度和刚
度或改变防治结构空间形态的角度出发，提高防治结构的抗冲击性能，结构常处于被动受力状态，
属于“硬抗”消能方式，会造成结构构件截面尺寸大，基础埋置深，经济浪费等问题。另外，坝体修

收稿日期：2021-06-07；网络首发时间：2021-11-20
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网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20211118.1455.001.html
基金项目：国家自然科学基金项目（51768039）；甘肃省高等学校产业支撑计划项目（2020C-40）；兰州理工大学红柳优秀青年人
才支持计划项目（04-062002）
作者简介：王永胜（1985-），副教授，主要从事滑坡泥石流防治技术研究。E-mail：wys591888@163.com
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