CN106759095A - 拱式铝合金防汛板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种拱式铝合金防汛板，包括基础、立柱、挡水板和止水，立柱固定在基础上，立柱的两侧具有用于夹持固定拱式铝合金挡水板的竖直插槽，止水包括布置在插槽内、拱式铝合金挡水板之间及其与基础接触处的密封胶垫，挡水板是在朝挡水方向凸起的拱形挡水板。本发明提供的拱式挡水板的弯矩和变形均大大小于传统结构，有利于受力、密封止水和节省材料；采用连拱布置使得相邻拱对于立柱的水平推力可以相互平衡，产生连拱效应，不会增加立柱额外荷载，既利用了拱的受力优点，又克服了拱推力的不利影响。

Description

拱式铝合金防汛板

技术领域

本发明涉及一种防汛挡水产品，具体涉及一种拱式铝合金防汛板，属于城市防汛技术领域。

背景技术

防汛墙是指为了保证城市城镇以及重要的工厂矿业等企业的防洪安全，或者为了满足沿着江河或海岸等区域(包括部分海塘)的其他特殊防护要求，而使用的挡水建筑物或者挡水结构。传统上的防汛墙都是圬工建筑物或者混凝土建筑物，如土堤、浆砌块石防汛墙和混凝土防防汛墙等。这类建筑物占地面积大，在城市建筑密集地区有时候还需要对工程用地的居民和单位拆迁安置，因此不仅浪费土地资源，而且建设成本也比较高。此外，传统的这类防汛墙施工周期长、施工期对交通和环境的影响大、施工质量的影响因素众多，而且建成后难以拆除和移动。

铝合金防汛挡水板作为近年来兴起的一种新型防汛设施，占地少，工厂化、模块化程度高，质量容易得到保证，而且铝合金防汛板装配快捷高效、操作方便，拆卸、运输、存储方便，耐腐蚀，对周边环境破坏和影响也很小，因此特别适合城市交通要道和商业居民密集地区的防洪，也适用于城市街道、门口、地下通道口、建筑物等处防洪。还可适用于硬质堤坝的加高，防止漫堤，避免使用沙袋，提高了防汛效率，降低了劳动强度，也减少对市容环境的影响。铝合金防汛板在水位较低时，可以拆除，汛期如果需要使用，可以迅速拼装完毕。

铝合金防汛挡水板在欧洲应用较多，在捷克、奥地利、德国、斯洛伐克、荷兰等国汛期的实践运用中发挥了重要作用。在中国内地的多个城市也有所应用，但多为小规模闸口处设置。湖北汉口江滩流通巷段的铝合金防洪墙在国内属大规模应用，建设长度218米。

目前铝合金防汛挡水板都是直板式，即迎水面都是平面，主要的拼装形式有横板式和竖板式。这样使得每块板条在受力上属于梁结构，以受弯为主，跨中弯矩大，两端弯矩小，材料不能得到充分利用，而且横向变形也大，不利于密封止水。因此造成横板式防汛挡水板的跨度不能太大，竖板式的防汛水位不能太高。直板式防汛挡水板受力如图1a所示。

本发明所要解决的技术问题：

(1)截面形式

拱式防汛挡水板主要以受压为主，因此同等条件下相比直板式防洪板可以减小截面尺寸，做得更加轻巧。但是薄壁结构在受压时面临屈曲稳定问题，因此需要进行稳定性设计。

(2)材料

铝合金材料多种多样，防汛板一方面要需要满足强度、刚度和稳定性要求，另一方面也要满足硬度、耐磨性、防腐和经济性的要求。因此需要对铝合金材料进行必选，选择最适合的铝合金材料。

(3)矢高比

矢高比是拱结构的一个重要参数，即矢高h与跨度l之间的比值h/l，如图2所示。矢高比过大会增加防洪板的用材和增加基础施工的难度，矢高比过小则拱推力过大，因此需要对拱型防洪板的合理失高比区间进行研究。

(4)拼装形式

防汛挡水板为了便于运输、存储和安装，一般都做成拼装形式，采用不同的拼装形式，对于防汛挡水板的受力和止水密封都会有不同的影响，因此要选用合理的拼装形式。

发明内容

发明目的：为解决以上技术问题，本发明提供一种拱式铝合金防汛板。

技术方案：本发明提供的拱式铝合金防汛板，包括基础、立柱、挡水板和止水，所述立柱固定在基础上，所述立柱的两侧具有用于夹持固定拱式铝合金挡水板的插槽，所述止水包括布置在插槽内、拱式铝合金挡水板之间及其与基础接触处的密封胶垫，立柱和挡水板竖直布置，所述挡水板朝挡水方向拱起，从而形成拱式结构抵挡水压力，相比于传统梁式结构，可以大幅减小板的弯矩和变形，有利于受力、止水和节省用材。

作为优选，板截面采用矩形截面，并在拱向设置纵向和横向隔板，从而将箱型的挡水板分隔成若干小室，从而可以避免拱式挡水板受压失稳，保证了挡水板的屈曲稳定性，解决了挡水板受压稳定问题。

作为优选，所述挡水板是朝挡水方向凸起的拱形挡水板。拱结构由于在水压作用之下会产生水平推力，水平推力的存在使得拱截面弯矩变小，但是水平推力会对立柱和基础提出更高的要求，采用连拱布置，即相邻拱对于立柱的水平推力可以相互平衡，产生连拱效应，不会增加立柱额外荷载，这也是本发明的一大优势，既利用了拱的受力优点，又克服了拱推力的不足。

作为优选，所述立柱截面为工字形，采用螺栓与基础连接，以便于安装和拆卸。

作为优选，所述挡水板的铝合金材料选自6061铝合金和7075铝合金，材料性能优越，兼顾了材料加工性质、强度和防腐性能。

作为优选，所述挡水板矢高与跨度的比值为1/5～1/7，最好为1/6左右，使得拱的用材量和受力水平均适中，从而不仅能够节省材料，而且能够充分利用拱的受力特点。

作为优选，所述挡水板既可以采用横插拼装形式，也可以采用竖插拼装形式。

作为优选，挡水板采用竖插式拼装，那么板与板之间受到拱向压力后可以相互压紧，不仅提高了结构整体性，而且也提高了止水效果。竖插式拼接利用水压产生的拱向压力，使板与板之间得到压紧，提高了密封止水效果。

上述拱式铝合金防汛板的施工方法，是将所有构件，包括立柱、挡水板和止水，采用全部工厂化生产，现场拼接安装的方式，安装施工方便，工作效率高。

发明原理：本发明的拱式防汛挡水板，迎水面是圆弧拱形状，从而在受力本质上将梁结构变成了拱结构，使得挡水板以受压为主，极大降低了板的弯矩，截面上应力分布均匀，材料得到了充分利用，同等跨度和挡水高度下，可以减小挡水板截面尺寸，节约用材，降低成本。相同截面和材料用量，可以增加跨度，减少立柱数量，或者增加挡水水位高度。此外，拱型结构曲线优美，与城市景观可以更加协调。拱式防汛挡水板受力如图1b所示。

有益效果：

1、拱式铝合金防汛挡水板的结构形式简单，重量轻，工厂化程度高，安装、拆卸、运输和存储方便，可重复使用，耐久性好。

2、拱式结构相对板形结构有着更好的受力性能，能够减小防汛板的弯矩和变形，不仅使得材料能够得到充分利用，而且也有利于密封止水，同等条件下可以增大立柱间距，减少立柱用量，或者，同等跨度下可以增大挡水高度。

3、竖插式拱式防汛板可以利用拱结构拱向受压的特点，可以使得板与板之间压紧密封，增强止水效果。

4、拱式铝合金防汛板线条优美，做成连拱形后效果更佳，且颜色可以任意涂装，能够更好地与周围城市景观融为一体。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的拱式铝合金防汛板所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1a是现有板式防汛板受力图；

图1b是本发明拱式防汛板受力图；

图2是本发明拱式铝合金防汛板的矢高与跨度示意图；

图3是三跨连拱式铝合金防汛挡水板的示意图；

图4a是横插一跨拱式铝合金防汛挡水板的示意图；

图4b是图4a的俯视图；

图4c是竖插一跨拱式铝合金防汛挡水板示意图；

图4d是图4c的俯视图；

图5a是箱型防汛板截图；

图5b是箱型防汛板内部图；

图6是直板式防汛板及立柱受力示意图；

图7是拱式防汛板及立柱受力示意图；

图8是立柱与基础连接示意图；

图9a是本发明实施例中拱式铝合金防汛板的轴力图(矢高比＝1/9)；

图9b是本发明实施例中拱式铝合金防汛板的弯矩图(矢高比＝1/9)；

图9c是本发明实施例中拱式铝合金防汛板的变形图(矢高比＝1/9)；

图9d是本发明实施例中拱式铝合金防汛板的轴力图(矢高比＝1/6)；

图9e是本发明实施例中拱式铝合金防汛板的弯矩图(矢高比＝1/6)；

图9f是本发明实施例中拱式铝合金防汛板的变形图(矢高比＝1/6)；

图9g是本发明实施例中拱式铝合金防汛板的轴力图(矢高比＝2/9)；

图9h是本发明实施例中拱式铝合金防汛板的弯矩图(矢高比＝2/9)；

图9i是本发明实施例中拱式铝合金防汛板的变形图(矢高比＝2/9)；

图10a是防汛板横插式拼装的示意图；

图10b是图10a的俯视图；

图11a是防汛板竖插式拼装的示意图；

图11b是图11a的俯视图；

图12a是直板式防汛板弯矩图；

图12b是直板式防汛板变形图。

具体实施方式

1、结构组成

本实施例的拱式铝合金防汛挡水板主要由基础、立柱、挡水板、止水组成。立柱对拱式铝合金挡水板起到夹持固定作用，立柱与混凝土基础连接固定，每根立柱左右各夹持固定一组拱式铝合金挡水板，每一片拱式铝合金挡水板两端插在立柱插槽中，立柱两侧槽内设置密封止水胶垫。拱式铝合金挡水板之间及其与基础接触处设置止水胶垫。图3为三跨连拱式防汛挡水板示意图，一跨横插式和竖插式拱式铝合金防汛挡水板如图4所示。

由于拱式铝合金防汛板主要以受压为主，因此挡水板屈曲稳定性是一个重要的问题，本发明为了解决挡水板受压稳定问题，板截面采用矩形截面，并在拱向设置纵向和横向隔板，从而将箱型的挡水板分隔成若干小室，保证了挡水板的屈曲稳定性。如图5所示。

拱结构由于在水压作用之下会产生水平推力，水平推力的存在使得拱截面弯矩变小，但是水平推力会对立柱和基础提出更高的要求，本发明采用连拱布置，即相邻拱对于立柱的水平推力可以相互平衡，产生连拱效应，不会增加立柱额外荷载，这也是本发明的一大优势，既利用了拱的受力优点，又克服了拱推力的不足。直板式铝合金挡水板及立柱受力如图6所示，拱式铝合金挡水板及立柱受力如图7所示。

立柱截面为工字形，采用螺栓与基础连接，以便于安装和拆卸，如图8所示。

2、材料

铝合金防汛板与立柱采用铝合金模具一体成型，止水胶条等防水附件采用三元乙丙橡胶模具一体成型。本发明采用的铝合金材料主要为6061铝合金和7075铝合金。

虽然，6061铝合金的强度无法与2XXX铝合金或7XXX铝合金相比，但是它是经过热处理和预拉伸工艺所生产出的高品质金属，含有很多的镁、硅等合金的性能，这种铝合金也具有加工性质优越、处理后不形变、韧性好等特点，而且还有优良的焊接特点及电镀性。6061铝合金结构致密无显著缺陷，容易抛光上色膜，抗腐蚀性高且氧化效果特别优秀。

7075是一种冷处理锻压合金，是商用范围的最强力合金产品之一。这种铝合金强度大，远远超过钢。合金锌是7075中的主要元素，为了得到强化效果显著的MgZn2，可以添加镁到含3％-7.5％锌的合金中，让其的热处理的效果大大优过铝-锌二元合金。提高它当中的锌、镁含量，其抗应力腐蚀性和抗剥落腐蚀性会降低，但其抗拉强度则明显随之增强。在热处理之后，其强度能得到极其高的程度。

3、矢高比

矢高比是拱结构的一个重要参数，矢高比不仅影响外形和用材量，而且影响受力，矢高比越小，拱推力越大，矢高比越大，拱推力越小，而且矢高比越大也会扩大基础工程量，占用较多面积。本发明对不同失高比的铝合金防汛板进行了计算分析，给出了参考建议。以跨度为3.6m，截面长宽厚为200mm*60mm*10mm的箱型截面，水深为2m的拱式防汛挡水板为例，不同矢高比的内力图和变形图如图9和表1所示。可以看出随着矢高比增大，弯矩仍然很小，接近理论值0，轴力随着矢高比减小不断增加，变形随着矢高比减小也在增加。由于过大的轴力和变形对于防汛板的安全和密封止水都是不利的，因此可以在基础安装条件允许的情况下采用较大的矢高比，建议矢高比在1/6左右。

表1不同矢高比防汛板的内力和变形

序号	矢高比	最大弯矩(kN.m)	最大轴力(kN)	最大变形(mm)
					1	1/9	0.22	-84.56	1.670
2	1/6	0.10	-59.89	0.834
					3	2/9	0.06	-48.46	0.543

4、拼接形式

拱式防汛挡水板的拼接形式采用横插式和竖插式。横插式将铝合金防汛挡水板条一片片从上到下插入立柱的安装槽中，安装方便、可靠，但是由于铝合金自重轻，且受到水的浮托作用，横板与横板之间难以压紧，因此密封止水效果会受到影响，因此需要在顶部施加预压力，如图10所示。而竖插式将铝合金防汛挡水板条沿着拱向拼接，利用了水压产生的拱向压力，使得板与板之间得到压紧，提高了密封止水效果，如图11所示。

同等跨度、水深和截面、材料的情况下，与图9中矢高比为1/6的拱式防汛挡水板相比，直板式防汛板的最大弯矩为32.4kN.m，如图12a所示，而拱式防汛板仅为0.10kN.m，直板式防汛板最大变形为23.77mm，如图12b所示，而拱式防汛板仅为0.83mm。可见，拱式防汛挡水板在受力性能上要大大优于直板式防汛挡水板，可以节省材料或者同等用材条件下增大跨度和防汛深度，其变形小的优点还有利于板与板之间的密封止水。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种拱式铝合金防汛板，包括基础、立柱、挡水板和止水，所述立柱固定在基础上，所述立柱的两侧具有用于夹持固定拱式铝合金挡水板的竖直插槽，所述止水包括布置在插槽内、拱式铝合金挡水板之间及其与基础接触处的密封胶垫；其特征在于：所述挡水板是在朝挡水方向凸起的拱形挡水板。

2.根据权利要求1所述的拱式铝合金防汛板，其特征在于：所述挡水板是矩形截面的箱型挡水板，沿拱向设置的纵向和横向隔板将箱型挡水板分隔成若干小室。

3.根据权利要求1所述的拱式铝合金防汛板，其特征在于：所述挡水板呈连拱布置。

4.根据权利要求1所述的拱式铝合金防汛板，其特征在于：所述挡水板矢高与跨度的比值为1/5~1/7。

5.根据权利要求1所述的拱式铝合金防汛板，其特征在于：所述挡水板的铝合金材料选自6061 铝合金和7075 铝合金。

6.根据权利要求1所述的拱式铝合金防汛板，其特征在于：所述挡水板采用横插组装或竖插安装。

7.根据权利要求6所述的拱式铝合金防汛板，其特征在于：挡水板采用竖插式拼装，利用拱向压力将相邻挡水板相互压紧。

8.根据权利要求1所述的拱式铝合金防汛板的施工方法，其特征在于：所述立柱、挡水板和止水为工厂预制件，在现场拼接安装。