摘要
传统泥石流防治结构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“被动消能”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。为此，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，提出一种新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝。本文对其抗冲击性能，内力和稳定性计算方法进行了研究，并开发了设计软件。论文的主要研究工作如下： （1）利用SAP2000建立新型泥石流格栅坝、拱坝和普通格栅坝有限元模型，分析了三种格栅坝的抗冲击性能。发现新型泥石流格栅坝抗冲击性能优于拱坝和普通格栅坝，非对称荷载是新型泥石流格栅坝最不利工况。取不同数量的竖杆、撑杆，张弦梁矢高和张拉索垂度，分析四者对新型泥石流格栅坝抗冲击性能的影响，并给出相应工程应用建议。 （2）根据泥石流荷载分布和新型泥石流格栅坝的构造特征及受力特点，建立新型泥石流格栅坝各构件力学计算模型，并给出了相应的设计方法，包括：内力计算、承载力验算和设计应用建议。利用数值模拟对新型泥石流格栅坝受力进行分析，验证了力学计算模型的合理性和内力计算方法的正确性。 （3）采用能量法，推导了新型泥石流格栅坝局部失稳时张弦梁结构平面内屈曲荷载公式，此方法避免了直接求解张弦梁结构内力，极大提高了求解效率；分析了矢跨比和垂跨比对张弦梁屈曲荷载的影响。提出了空库、半库和满库工况下新型泥石流格栅坝整体失稳破坏的稳定性计算方法。利用SAP2000建立有限元模型对理论进行验证。得到的张弦梁结构平面内屈曲荷载计算值与有限元计算值吻合较好，可作为张弦梁结构平面内稳定性设计的基础。新型泥石流格栅坝空库和半库下，整体失稳破坏早于强度破坏，工程应用时，应着重考虑其整体失稳破坏，特别是空库工况下中柱的倾覆。 （4）为方便新型泥石流格栅坝的工程应用，基于理论计算方法，利用Python和QtDesigner，开发了新型泥石流格栅坝设计计算软件，该软件可通过6大模块实现结构的受力分析和承载力验算。
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