严寒地区静冰压力作用下泄水闸闸门应力的仿真与试验

发布时间：2020-11-15 13:11

　　 泄水闸是十分重要水工建筑物。我国严寒地区冬季气温寒冷,进入冬季后,水流上层冻结成冰层,此时的泄水闸工作环境恶劣。根据我国《水工建筑物抗冰冻设计规范》,闸门不应承受静冰压力,应采用相应防冰和破冰措施。可这两项会大幅增加运行维护成本,给运行管理工作造成了一定负担。而闸门要是具有足够的强度、刚度,在保障安全性的前提下,取消防冰破冰措施,让闸门直接承受一定的冰载荷,从而能够大幅度降低运行维护成本,对枢纽工程的运行工作有着重要意义。本文首先分析了冰的特性和静冰压力的成因,找出静冰压力同温升率存在线性关系的规律。然后研究影响静冰压力大小的各项因素,其中温升率对冰层的温度分布、静冰压力影响最大。温升率越大,静冰压力值越大,而且冰层的静冰压力最大值出现在大约冰厚的1/3处。同样温升率下,温度段起始温度越低,反而静冰压力值小。冰厚越大静冰压力越大,竖直约束的静冰压力要大于斜坡约束。在确定各影响因素参数后,计算出三个年度的静冰压力值,最大值为0.118MPa。以此值作为静冰压力,与静水压力共同作用在闸门上,对其进行结构静力仿真计算,得的闸门主要部件门叶、主梁、支臂和纵梁的第四强度理论等效应力分别是200.63MPa、154.51MPa、134.41MPa和138.54MPa,最大剪应力分别是110.93MPa、88.61MPa、77.4MPa和78.75MPa。主梁的最大位移变形为8.44mm。其结构状态满足《水利水电工程钢闸门设计规范》中强度与刚度要求。并将仿真结果与检测试验数据对比,两者相关系数为0.86,属于中度相关,仿真分析符合实际情况。最后,在已知泄水闸闸门结构和环境因素的情况下,本文经过计算和试验,认为闸门能够直接承受冰层静冰压力,可以不采取防冰和破冰措施度过整个冬季。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV663
【部分图文】：

T-50662-2011《水工建筑物抗冰冻设计规范》，闸门设计规范》中均规定，闸门不应承受静冰压冰压力，就首先要使闸门门前的水面无法形成冰致可分为破冰措施和防冰措施[3]。但是无论采用和经济性的矛盾统一问题。如果用传统的人工方性就得不到保障。反之亦然，如果采用现代的科障，运行维护的成本自然大幅度提高。这个矛盾，先做出一个假设：在整个结冰期，闸于常闭状态，在这种工况下如果闸门在设计时就度足够高，金属结构的性能足够好，闸门不采取接触承受静冰和静水压力，如图 1-1。如果闸门满足了安全生产的需要，又将大幅度降低为防冰了大量人力物力，便于整个工程的管理工作。

的热胀冷缩与冷胀热缩规律分析世界中绝大部分物质都是遵循热胀冷缩的规律，受热时体受冷时体积变小，密度变大。而有的物质正好与此相反，的规律。而冰作为极其复杂而又十分特殊的物质，它是即热缩。体作为冰的原始形态，在 4℃以上时是热胀冷缩的状态，大，当在 4℃至冰点之间，水分子刚刚缔合成冰，这种状分子”，此时水的密度变低，同时体积变大，这就是冰的冷温度降至冰点后，此时水由液态变成固态，水分子组成一一个如图 2-1 的四面体。其中每一对氧原子与一个氢原子子与一个氧原子相连，由此可见这个四面体的分子集团的所以这就是温度越低，冰的密度越小，体积越大，冷胀热冰受到温度上升的影响时，它又遵循热胀冷缩的规律。

方法研究静冰压力，就要对它的理论根据——冰冰具有十分复杂的力学行为，所以至今仍未拥有如此，许多学者仍开展了大量的研究，从宏观和模型。具有代表性的有[30]： = / | / | 1 = ( / ) [1 { ( ) }] + ( / ) ][1 + (1 ( / ) )]( / 0) 模型中考虑到了物体非线性，但还不够全面。因力属于低应变速率力学行为，在这种情况下冰不粘性效应。表示的是冰试样在低速加载荷中理想变形过程卸载后可以完全恢复。u1——瞬态蠕变。u3——长时间才能恢复。u4——永久粘性变形。其中
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张丹;水库静冰压力的计算[J];冰川冻土;1987年S1期

2 张丽;赵晓亮;龙欣;秦建敏;杨玲珍;;强度调制型光纤静冰压力检测电路的设计[J];数学的实践与认识;2015年03期

3 李洪升,曹富新,杨春秋;平原水库静冰压力推坡计算[J];力学与实践;1992年04期

4 汪恩良;刘兴超;常俊德;;静冰力学模型试验的相似比尺问题探讨[J];冰川冻土;2015年02期

5 黄梦醒;李宇航;王冠军;刘建勋;严璐;王隆娟;;面向海洋静冰压力监测的薄膜结构光纤Fabry-Perot传感器设计与性能分析[J];通信学报;2019年04期

6 宋清澈;王冠军;王志斌;严璐;杨裴裴;;基于光纤Fabry-Perot传感器的静冰压力检测方法[J];科学技术与工程;2018年30期

7 何强;魏东;侍克斌;刘春燕;;当静冰压力很大时坝体土工膜防渗结构的稳定分析[J];小水电;2008年02期

8 何强;魏东;;考虑静冰压力时坝体土工膜防渗结构的稳定分析[J];水利科技与经济;2008年06期

9 周洋;秦建敏;李冠阳;彭锦;;基于光纤光栅测量静冰压力的应用研究[J];数学的实践与认识;2014年10期

10 崔丽琴;龙欣;秦建敏;;用于静冰压力检测的新型膜盒式光纤传感器的研制（英文）[J];Applied Geophysics;2015年02期

相关博士学位论文 前1条

1 崔丽琴;河冰生消过程中关键物理参数的监测与研究[D];太原理工大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 潘秋实;严寒地区静冰压力作用下泄水闸闸门应力的仿真与试验[D];哈尔滨工业大学;2019年

2 孙凡;寒冷地区水域静冰压力对钢筋混凝土桥墩影响研究[D];吉林建筑大学;2019年

3 潘丽鹏;FPGA控制的光纤环形腔衰荡光谱技术在静冰压力检测中的应用研究[D];太原理工大学;2019年

4 杨义;基于光纤环衰荡实现静冰压力测量[D];太原理工大学;2017年

5 严璐;面向静冰压力检测的光纤F-P传感器设计及性能研究[D];中北大学;2018年

6 刘荔铭;高寒地区水库静冰压力对砼面板堆石坝的变形及损伤研究[D];青海大学;2017年

7 周洋;基于光纤光栅分布式传感网络的静冰压力在线监测系统研究[D];太原理工大学;2014年

8 王维;扶余金太子钓鱼楼结构冻害机理分析及加固[D];长春工程学院;2015年

9 覃桃慈;水库结冰对混凝土面板堆石坝影响的研究[D];华北电力大学(北京);2017年

10 叶秋红;基于光纤光栅传感技术的静冰压力传感系统设计与实验[D];太原理工大学;2016年

本文编号：2884797