流冰與橋墩的相互作用.pdf

1、在我國境內(nèi)，北緯35°以北的湖泊、水庫、河流等水域均會出現(xiàn)冰凍現(xiàn)象，在冬春季節(jié)容易發(fā)生凌汛現(xiàn)象，尤其是青藏高原上江河、嫩江上游、黃河下游河段、黑龍江上游河段、松花江依蘭以下河段、黃河內(nèi)蒙古河段等水域春季凌汛現(xiàn)象更為嚴(yán)重，冰凌經(jīng)常造成河道擁堵，對防洪、交通、給排水、水利水電工程等運(yùn)營施工產(chǎn)生非常不利的影響。因此，深入研究流冰與橋墩的相互作用，提出防冰撞措施，預(yù)防和根治冰災(zāi)害，確保人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　針對

2、我國最易發(fā)生流冰凌汛的江河，本論文對黑龍江流域、內(nèi)蒙東北部地區(qū)、黃河中上游等進(jìn)行了橋梁安全性及災(zāi)害影響調(diào)研，并分析了我國江河冰情的形成及演變過程。選定4處典型試驗(yàn)河段，建立了流冰期河冰溫度試驗(yàn)場，并對其進(jìn)行了長時(shí)間的溫度觀測。選定5處典型試驗(yàn)河段，進(jìn)行河冰力學(xué)性能試驗(yàn);根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，將溫度、應(yīng)變速率與河冰強(qiáng)度、彈性模量聯(lián)系起來，并建立起它們之間的關(guān)系，提出考慮冰溫、應(yīng)變速率等因素后計(jì)算河冰強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的方法。同時(shí)，運(yùn)用LS-DYNA顯式動

3、力分析軟件，以非線性有限元分析理論和接觸-碰撞理論為依據(jù)，對流冰撞擊橋墩過程進(jìn)行仿真分析，建立分析計(jì)算模型，探討了冰排特性和橋墩破冰體形狀對流冰撞擊力的影響。具體工作如下:
　　(1)針對流冰期河冰溫度場，研究各試驗(yàn)河段流冰期冰溫沿冰厚的分布規(guī)律。以通用全局優(yōu)化法和準(zhǔn)牛頓法為依據(jù)，運(yùn)用1stOpt軟件，建立黑龍江省三個(gè)區(qū)域的冰溫、水溫、氣溫三者關(guān)系的數(shù)值模型。
　　(2)結(jié)合河冰力學(xué)性能試驗(yàn)，提出冰溫、應(yīng)變速率對抗壓強(qiáng)度和壓

4、縮彈性模量的影響及對彎曲強(qiáng)度和抗彎彈性模量的影響，溫度和應(yīng)變速率呈相近的變化規(guī)律。
　　(3)在相同溫度和加載速率條件下，得出黑龍江省各區(qū)域的冰的抗壓強(qiáng)度均比抗彎強(qiáng)度大，在相同加載速率作用下，壓縮彈性模量約為彎曲彈性模量的50％，單軸壓縮強(qiáng)度約為抗彎強(qiáng)度的1.7倍的結(jié)論。
　　(4)通過對影響撞擊力仿真計(jì)算的建模因素研究，分析接觸類型及接觸算法的影響。計(jì)算得出流冰撞擊力隨著冰排強(qiáng)度、彈性模量、冰排厚度的增加而呈增大的趨勢。<

5、br>　　(5)提出冰壓力標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算方法，冰強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)歷年流冰時(shí)最低的加權(quán)平均冰溫和最大的冰流速計(jì)算確定，也可以根據(jù)歷年流冰時(shí)最低氣溫、水溫和最大冰流速計(jì)算來確定。這種確定方法符合橋位河段現(xiàn)場的實(shí)際情況，從而大大提高了計(jì)算的精準(zhǔn)度。
　　(6)研究流冰撞擊破壞的機(jī)理及破冰體形狀、傾角對流冰撞擊力的影響。提出不同橋墩模式所設(shè)置的不同尖角和豎向前棱傾角的取值范圍，提升防撞效果。
　　(7)分析橋墩四種破壞形式，提出橋墩防