充气式橡胶坝的模型试验及有限差分研究

作     者：郭伟 戴磊 高鑫 郭文芳 任宇晓 GUO Wei;DAI Lei;GAO Xin;GUO Wen-fang;REN Yu-xiao

作者机构：天津大学水利工程仿真与安全国家重点试验室天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072 

出 版 物：《科学技术与工程》 (Science Technology and Engineering)

年 卷 期：2024年第24卷第20期

页      面：8681-8691页

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

基　　金：天津市科技计划项目(20 JCJQJC00220) 国家自然科学基金(52171273,52108335) 中国国家留学基金(202106250147) 

主　　题：橡胶坝 充气式橡胶坝 挡水性能 模型试验 有限差分法 简易设计公式 

摘      要：橡胶坝的挡水性能优越,兼具实用性与景观性,被广泛用在城市河流挡水闸坝和溢流坝等领域。充气式橡胶坝相比充水橡胶坝,安装和拆卸更为方便,但目前充气式橡胶坝采用查表法进行粗略设计,过程复杂且存在误差。鉴于此,设计大比尺模型试验测试充气式橡胶坝在充气、挡水条件下的坝袋截面形状和袋体张拉力分布特点。基于有限差分软件建立充气式橡胶坝的力学模型,通过大比尺模型试验和现行设计规范验证了该模型的准确性。分析充气式橡胶坝在挡水过程中横截面几何形状及尺寸、张拉力与上游水位及内部气压之间的关系。结果表明:坝袋宽度B、接地宽度b随上游水位增大呈非线性增加;坝袋高度H、横截面面积A随上游水位增大呈非线性减小。设计工况下,坝袋高度H、横截面面积A随气压增加呈非线性增大,坝袋宽度B、接地宽度b随气压增大呈非线性减小;坝袋张拉力与气压呈正比关系。基于Chapman-Richard曲线模型对设计工况下的几何尺寸、张拉力与内部气压间的关系进行拟合,提出橡胶坝简化设计计算公式,可用于充气式橡胶坝的设计计算。