Page 93 - 2024年第55卷第6期

表 ２ 岩土参数
３
岩土类型 岩土厚度?ｍ 弹性模量?ＭＰａ 泊松比 内摩擦角?（°） 重度?（ｋＮ?ｍ ） 沟床纵降比 黏聚力?ｋＰａ
均质砂土 １０ ２２ ０．２ ３５ ２０ １０‰ ５

４．２ 结构设计及验算
（１）初设结构尺寸。新型阻尼耗能式泥石流格栅坝跨度 １０．０ｍ，高度 ５．０ｍ；竖杆采用  ３００ｍｍ ×
１０ｍｍ圆钢管，间距 ６００ｍｍ，长度 １０００ｍｍ；迎流面边柱和背流面立柱采用 Ｉ６３ｃ型工字钢；中柱采
用 Ｉ５６ｃ型工字钢，间距 ２０００ｍｍ；横梁采用 Ｉ４０ｃ型工字钢，竖向间距 １０００ｍｍ；上述钢材均为 Ｑ２３５
钢。立柱埋入土中部分需外浇混凝土保护层，边柱采用无筋扩展基础，基础底面为 ２．１ｍ × ２．１ｍ，高
２．０ｍ。订制阻尼耗能撑杆的压缩位移 ５０ｍｍ，液压刚度 ５．５ｋＮ?ｃｍ。
（ ２）结果分析。
①荷载计算。泥石流浆体与块石冲击力见表 ３。

表 ３ 泥石流冲击力
３
形状系数 受力面与泥石流冲击夹角?（°） 浆体重度?（ｋＮ?ｍ ） 浆体冲击力?ｋＰａ 块石直径?ｍ 块石冲击力?ｋＮ
１．３３ ９０ １２．７４ １８．８３ ２．１ １１１．３３

②构件验算。设置最不利工况为空库过流，泥石流龙头冲击时浆体荷载满跨分布，后续泥石流平
均泥深为 １．７ｍ，块石作用于中柱与边柱 ３ｍ高度处以及顶层横梁中点，内力验算见表 ４。

表 ４ 新型格栅坝构件内力验算
构件名称 最大弯矩?（ｋＮ·ｍ） 最大剪力?ｋＮ 容许弯矩?（ｋＮ·ｍ） 容许剪力?ｋＮ 埋深?ｍ
竖杆 ２８．５４ １１４．１５ ６８．９１ ５５６．０６

横梁 １８９．４９ １５８．８１ ２４３．９５ １２２５．３４
中柱 １５３．３３ １０６．７９ ５２２．７５ １８９４．０２ ２．０
边柱 ４１８．７７ １３０．３９ ６７６．５０ ２１５８．３０ ３．５

４．３ 有限元验算 为验证本文理论计算可靠性，通过有限元软件数值
模拟，有限元模型与工程算例一致。泥石流浆体冲击设为均布线荷载，
块石冲击为集中力。模型各个构件均选用空间梁单元 Ｂ３１模拟，边柱
底端为固接，中柱底端为铰接，竖杆、横梁、立柱间为铰接，通过关
键字 ｒｅｌｅａｓｅ命令释放各构件连接处节点弯矩，达到铰接的效果。边柱
与中柱间横梁在中柱端设置撑杆与滑动支座。阻尼耗能撑杆由两段组
成，中间设置沿 Ｕ１方向弹性连接的链接器，来模拟阻尼耗能撑杆压
缩变形，弹性 刚 度 与 工 程 算 例 阻 尼 耗 能 撑 杆 一 致， 有 限 元 模 型 见
图 ２２。
图 ２３中边柱内力理论与有限元值变化趋势基本一致，弯矩自下而
图 ２２ 新型阻尼耗能式泥石流
上逐渐减小，理 论 最 大 弯 矩 为 ４１８．７７ｋＮ· ｍ，有 限 元 最 大 弯 矩 为
格栅坝有限元模型
３８３．０ｋＮ·ｍ，误差为 ９．３％；理论最大剪力为 １３０．３９ｋＮ，有限元最大
剪力为 １２７．９６ｋＮ，误差为 １．９％。边柱 ３ｍ高度处剪力发生大突变，误差最大为 ２２．６％，主要是因为
此处受大块石冲击，构件变形较大，邻近的竖杆发生协同变形，可承担一部分冲击力。
图 ２４中柱两端理论与有限元值内力基本相同，但随着靠近块石冲击点，理论与有限元值的弯矩
差异逐渐变大，块石冲击点理论计算弯矩为 １５３．３３ｋＮ，有限元弯矩为 １９０．６８ｋＮ，误差为 １９．６％。原
因是边柱与中柱间横梁通过特殊滑移支座将部分冲击荷载传递至中柱。图 ２５和图 ２６为顶层横梁内力，

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