高寒地区水库静冰荷载对水工建筑物作用机理研究

发布时间：2018-04-26 16:28

  本文选题：高寒地区 + 静冰荷载　； 参考：《青海大学》2017年硕士论文

【摘要】：高寒地区特有的高山融水资源,使得水工建筑物的建设必不可少,由于该地区冬季气候较为寒冷,会造成区域内河渠、水库结冰形成冰盖并产生作用于水工建筑物上的静冰荷载。除了环境温度升高时冰盖自然的膨胀起来产生的冰温度膨胀力之外,还包括当冰盖下方出现水位下降的情况时,建筑物受到的冰盖对其产生的弯矩和剪力作用,称为拉拔力。为了提高高寒地区水工建筑物的安全稳定性建设,必须考虑静冰荷载的作用。本文通过对国内外相关冰力学文献的检索,了解了淡水冰材料的力学性质,采用了热力学理论和计算断裂力学中的扩展有限元方法,运用大型通用有限元软件ABAQUS建立了不同约束边界条件下的冰盖有限元模型并对冰盖的温度膨胀力及拉拔力分布规律进行了分析研究并进行了相关冰温度膨胀力的试验研究。研究结果表明:高寒地区冰的温度膨胀力主要分布在冰盖距离上表面2/3范围内,且最大热应力在冰盖上表面处。冰盖对建筑物产生的拉拔力与水位下降高度、下降速度以及裂纹初始位置有明显的关系,通过对比常规有限元方法和扩展有限元方法求得的拉拔力作用表明,断裂力学在求解极限应力问题更有优势,且更符合实际。
[Abstract]:Due to the unique high mountain water resources in the high and cold regions, the construction of hydraulic structures is indispensable. Because of the colder winter climate in this area, the rivers and canals in the region will be created. The reservoir freezes to form ice caps and to produce static ice loads acting on hydraulic structures. In addition to the natural expansion of the ice sheet when the ambient temperature rises, it also includes the bending moment and shearing force caused by the ice sheet when the water level drops below the ice sheet, which is called drawing force. In order to improve the safety and stability of hydraulic structures in high and cold regions, the effect of static ice load must be considered. In this paper, the mechanical properties of fresh water ice materials are studied by searching the relevant ice mechanics literatures at home and abroad. The thermodynamic theory and the extended finite element method are used to calculate the fracture mechanics of fresh water ice materials. The finite element model of ice sheet under different constrained boundary conditions is established by using ABAQUS, and the distribution law of temperature expansion force and drawing force of ice sheet is analyzed and studied, and the experimental study on the temperature expansion force of ice sheet is carried out. The results show that the thermal expansion force of ice in the alpine region is mainly within the range of 2 / 3 from the upper surface of the ice sheet, and the maximum thermal stress is located on the upper surface of the ice sheet. The drawing force produced by the ice sheet on the building is obviously related to the height of the water level, the falling speed and the initial position of the crack. The effect of the drawing force obtained by comparing the conventional finite element method with the extended finite element method shows that, Fracture mechanics has more advantages in solving ultimate stress problems and is more practical.
【学位授予单位】：青海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TV31

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本文编号：1806781