Page 25 - 水利学报2021年第52卷第11期

3
式中：F 为泥石流浆体动压力，kPa；γ 为泥石流重度，kN/m ；V 为泥石流流速，m/s；g 为重力加速
c
c
δ
度，g = 9.8m/s ；α为防治结构受力面与泥石流冲压方向的夹角，（°）； λ为建筑物形状系数，圆形建筑
2
物 λ=1.0，矩形建筑物 λ=1.33，方形建筑物 λ=1.47。
3.1.2 大块石冲击力 由文献［14］可知，泥石流大块石冲击力为：
F = 24.1V c 1.2 R 2 （2）
式中：R 为大块石半径，m；F 为大块石冲击力，kN 。
3.2 结构简化设计方法 新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝由竖杆、张弦梁结构、牛腿和立柱组成，
并与竖向预应力锚杆和基础梁连接形成一个整体，共同承受泥石流冲击作用。竖杆与张弦梁通过螺
栓连接，其主要作用是竖向约束张弦梁，防止其发生侧向失稳破坏，其他约束作用较小；张弦梁与
牛腿通过滑移支座连接，牛腿的主要作用是承受张弦梁沿泥石流方向的支反力；立柱和底层竖杆固
接于基础。因此，新结构的构造连接方式主要为铰接，传力作用明显而对各构件变形约束较弱。结
构变形仅对底层张弦梁和竖杆受力有影响，其它构件较小。故为工程应用方便，结构设计时，对其
进行合理的简化，分解为竖杆、张弦梁结构、牛腿、立柱、竖向预应力锚杆和基础梁分别进行计
算。立柱、竖杆和张弦梁组成的迎流面格栅直接承受并分配泥石流荷载。迎流面格栅构件均承受泥
石流浆体荷载，而大块石为随机荷载，需综合考虑各构件的尺寸和泥石流浆体荷载的空间分布特
征，对迎流面格栅构件布置相应集中荷载。受力分析时只需按竖杆-张弦梁-牛腿-立柱-基础的传递
路径来计算间接荷载和相应构件直接承受的荷载。
3.2.1 竖杆计算
（1）内力计算。底层竖杆底端现浇于基础梁内，顶端通过螺栓与张弦梁连接，故将底层竖杆简化
为一端固接，另一端铰接的梁；其他层竖杆均通过螺栓与张弦梁连接，简化为简支梁，如图 4 和图 5
所示。

图 4 底层竖杆间计算简图 图 5 其他层竖杆计算简图
底层竖杆属于一次超静定结构，将右端铰支座竖向反力视为多余力 X ，取基本体系为悬臂梁，
1
其基本方程为：
δ X + Δ = 0 （3）
11 1 1P
M ˉ 2
11 å
δ = EI 1 ds （4）
-
--
-
M 1 M
=
Δ 1P å EI P ds （5）
式中： δ 为基本结构在 X 处施加单位荷载后沿 X 方向产生的位移；Δ 为基本结构在荷载单独作用下
11 -- 1 - 1 1P
-
-
沿 X 方向产生的位移； M 1 、V 1 分别为基本结构在单位荷载作用下任一截面弯矩（ kN∙m ） 和 剪力（kN）；
1
-2 4
E 为竖杆的弹性模量， N∙mm ；I 为竖杆转动惯量，cm 。
由基本方程求出多余未知力 X 后，利用叠加原理便可求出原结构内力。其他层竖杆为静定结
1
构，其内力为：
æ F b + F ö F x 2 æ b ö
M = ç δ ÷ x - δ x ∈ 0， （6）
i
è 2 ø 2 è 2 ø
æ F b + F ö æ b ö
δ
V = ç ÷ - F x x ∈ 0， （7）
i
δ
è 2 ø è 2 ø
式中：b 为竖杆长度，m ； x 为竖杆任意截面距左端支座的距离， m 。
— 1283 —