高寒地区江河流冰与桥墩相互作用的研究

发布时间：2020-08-19 16:12

【摘要】：在高纬度地区,河流与海洋结冰不仅会阻塞航道,影响水路交通运输,还可能造成跨水桥梁和水工结构物的破坏。流冰冲击桥梁墩台并对桥梁结构产生激励作用,严重时可能引起工程事故、造成经济损失与人员伤亡。基于桥梁的安全性考虑,有必要开展流冰作用力的相关研究。本文通过力学试验、理论分析和数值模拟,开展寒区河流冰排与桥墩相互作用的研究,具体研究内容包括以下三个方面。(1)开展河冰的力学性能试验研究。通过河冰的无侧限单轴压缩试验,分析多因素下河冰力学性质的变化规律。(2)研究冰与结构的相互作用机理。从冰的力学性质和结构物条件入手,总结了冰与结构相互作用的类型、发生条件及特点,并以自激振动理论为基础,通过MATLAB编写程序实现自激振动的数值模拟。(3)利用有限元方法模拟冰与桥墩的相互作用。采用ANSYS/LS-DYNA模拟了冰对桥墩的冲击和挤压作用,研究多种条件下冰排撞击桥墩过程中的破坏形式,提取能量变化、相互作用力、桥墩结构响应等数据,分析冰的力学性质和结构物条件对流冰与桥墩动力相互作用的影响。课题的研究将为完善桥梁设计中冰荷载设计规范奠定理论基础,也为寒区桥梁的设计、运营和养护提供了技术储备和有益借鉴。并将提高桥梁结构全生命周期的服役性能和安全水平具有重要的应用价值和社会意义。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U442.3
【图文】：

流冰,施工平台,桥梁结构

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第 1 章绪论1.1 研究背景高寒地区的交通运输线路受自然环境影响较大，寒区跨水桥梁面临的流冰问题就是一个典型的例子。在高纬度地区，河流与海洋结冰不仅会阻塞航道，影响交通运输，还会对桥梁和水工建筑造成一定的破坏。在我国东北三省、新疆和内蒙古北部，冬季长期处于低温之下，11 月份之后河流即进入封冻期，次年 3、4 月份开河。这些地区的江河在春季开河期间，大量冰排顺流而下，对下游的水工结构物造成冲击。流冰撞击桥墩引起桥梁结构振动，可能影响桥上的行车安全、甚至对桥梁本身造成严重破坏[1]。因此在建造桥梁和水工建筑物时，需要考虑冰荷载的影响。

应变速率,抗压强度,材料

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文增加，冰的强度反而降低，冰的破坏形式也从韧性转变成年，Sinha[6,7]采用小型便携式试验机开展了柱状冰压缩试验水平向试样（加载方向垂直于柱状晶体）和竖直向试样（晶体），发现竖直向试样的抗压强度明显高于水平向试样分接近。他指出在试验机压头的恒定位移速率条件下，冰保持恒定。1982 年，Timco 和 Frederking[8]研究了淡水冰了低应变率条件下冰的抗压强度与加载速率的定量关系。高应变率压缩试验发现，当应变速率继续增大（大于 10-会像在应变速率 10-3s-1~10-1s-1段一样呈负相关，他的数据1s-1增大到 101s-1的过程中，压缩强度增大了 50％左右。过柱状海冰的单轴抗压强度测试发现，孔隙率不仅和抗压强的联系，还对冰的韧脆特性有很大影响，当空气体积高不会发生脆性行为。他还指出，冰的力学性质可能与它所经，而不仅仅是最终加载状态的函数。

曲线,切割加工,试样尺寸,试样

图 2-1 切割加工天然冰获取冰试样表 2-1 冰试样尺寸底面形状底面边长 (mm) 高度(mm) 高宽比试正方形 80 200 2.5:1 样的破坏形式冰在不同温度和应变速率条件下呈现出不同的的破生断裂前塑性变形的变形量小于 5％的材料称为脆下，冰试样呈韧性，试样压屈后一般发生鼓胀破坏试样呈脆性，试样受压一般发生劈裂破坏，试验中°斜剪破坏。中冰的不同的破坏形式示例及其名义应力-应变曲线上角的文字，分别表示试样加载方向、温度、加载

【参考文献】