秸秆柔性空间装配式防洪系统研发

发布时间：2020-10-29 20:38

　　 近年来,空气雾霾和洪涝灾害成了人们普遍关注的问题。一方面秸秆的焚烧是造成空气雾霾的主要原因之一,另一方面洪涝灾害在雨季频发,造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此如何使秸秆变废为宝以及研发出有利于重复使用的防洪装置,是人们不断尝试的挑战。本文提出的秸秆柔性空间装配式防洪系统是一种可移动式防洪墙,主要应用于城市防洪领域。本文首先基于秸秆材料的力学性能提出了秸秆柔性空间理论,在此基础上应用BIM软件设计了秸秆柔性空间装配式防洪系统。最后制作了防洪系统的缩尺模型,用自主研发的挡水试验机进行挡水试验,验证了防洪系统的防洪能力并优化了构造设计。本文主要开展的研究工作如下:1.秸秆柔性空间装配式防洪系统的构建采用英国GDS新型振动三轴仪对吸水膨胀后的秸秆碎块进行了秸秆材料力学性能试验,基于秸秆材料力学性能提出秸秆柔性空间理论,遇水膨胀后的秸秆能将挡水板撑起并且在波浪来临时通过压缩变形来消耗部分冲击时的动能,从而提高挡水板的抗冲击性能。基于BIM设计了由秸秆柔性挡水板、立柱和斜杆支撑组成的秸秆柔性空间装配式防洪系统。2.挡水试验机的研发为了研究秸秆柔性空间装配式防洪系统的防洪性能,需要自主研发挡水试验机进行防洪系统的水力试验。设计挡水试验机并提出改进方案,在工厂加工挡水试验机的部分构件,待完成后进行现场焊接拼装;记录并详细阐述了挡水试验机的制作过程及关键节点,对制作过程中遇到的问题提出解决方案。3.秸秆柔性空间装配式防洪系统的试验研究设计制作了防洪系统的缩尺模型,用来进行防洪系统的水力试验。秸秆柔性空间装配式防洪系统水力试验分别包括秸秆柔性空间理论验证试验、静水试验、动水试验。通过蓄水试验验证秸秆柔性空间的工作原理,开展系统的静水试验和动水试验,分析不同工况下挡水板的应变曲线,验证秸秆柔性空间装配式防洪系统的稳定性和抗冲击性能。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV87
【部分图文】：

性空间装配式防洪系统成套技术研发（批准号：2017RAXXJ009）。1.2 研究背景及意义近年来，全国大部分地区相继出现雾霾天气，尤其是在北方的大中型城市，诸如北京、哈尔滨、济南等地区，雾霾天气普遍持续 5 天以上。各地诱发雾霾的原因不尽相同，其中一些城市由于秸秆的燃烧而造成严重的雾霾天气。秸秆传统的处理方式已经给人们的生产生活带来极大的影响，停止秸秆的燃烧，研究秸秆自身的特性，利用秸秆的自身特性和不同的建筑材料、饲料、化学试剂等相融合，生产更符合社会需求的产品是将来的发展趋势。a) 肆意燃烧 b) 烟雾弥漫

的烟雾对交通安全有直接的影响，还会破坏土壤造成水土流失，降低作物的产量，秸秆焚烧所产生的雾霾对人们的日常生活带来恶劣的影响[1]。国家还因此出台了一系列禁止焚烧的政策，但秸秆焚烧现象依然普遍存在，结果收效甚微，关键在于没有从源头上解决秸秆的利用问题。农作物秸秆需要运用专业的技术手段将其转化成可再生资源综合利用。在现有的经济和技术条件下，个人和企业都没有能力和意愿将秸秆的综合利用放在重要的位置。从个人角度出发，环境的保护意识和法治观念不强；从企业的角度出发，秸秆的分散性、密度低、体积大等特点决定了其收集和运输的困难，而且无法从中获取利益[2]。所以秸秆的综合利用有待深入的研究，本课题的研究内容就一定程度上解决了秸秆的综合利用问题。秸秆柔性空间装配式防洪系统利用了秸秆吸水膨胀和秸秆自身具备一定的弹塑性等特性，通过制造柔性空间来缓解洪水的冲击荷载，增强系统的稳定性。我国幅员辽阔、地形复杂，不仅拥有长江水系、珠江水系、黄河等，还拥有漫长的海岸线，东部经济发达地区多沿海分布，地理特性决定了我国大部分地区遭受洪水的侵袭。不仅在中国，世界各地也都遭受着洪水的侵袭，尤其是沿海地震多发地带所带来的海啸以及沿海低于海平面的地带。洪涝灾害所造成的经济损失非常严重，甚至会对人们的生命安全造成威胁，所以防洪措施在世界各地显得尤为重要，如今移动式防洪墙成为主要的防洪措施。

直辖市）均遭受不同程度洪涝灾害，直接经济损失高达 3155 亿元。2266 个县级市遭受洪涝灾害，其中，243 座城市发生严重内涝或进水受淹。可见，随着暴雨和特大暴雨愈来愈频繁，进而导致受灾城市逐年增加，经济损失不可估量[5]。在人员伤亡方面，研究统计发现，2008 年到 2010 年期间，我国 60%的城市都有洪灾的发生。近年来，洪灾更加频繁，2012 年，北京因为特大暴雨的侵袭加之地下排水系统瘫痪导致 160 万人受灾，死亡 79 人；2013 年，东北发生洪涝灾害致使 373 万群众受灾，死亡加失踪人数上百。2016 年，武汉特大洪灾，全城普遍停水停电，导致大面积停工，人员伤亡众多。洪灾的危害已经深入人心，需要深入研究洪涝灾害形成的原因，及时提出预防和应对洪涝灾害的相关措施[6]。a) 砂袋围墙 b) 人工搬运
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本文编号：2861425