【摘要】：在高緯度地區(qū),河流與海洋結(jié)冰不僅會(huì)阻塞航道,影響水路交通運(yùn)輸,還可能造成跨水橋梁和水工結(jié)構(gòu)物的破壞。流冰沖擊橋梁墩臺(tái)并對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生激勵(lì)作用,嚴(yán)重時(shí)可能引起工程事故、造成經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡�；跇蛄旱陌踩钥紤],有必要開展流冰作用力的相關(guān)研究。本文通過力學(xué)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬,開展寒區(qū)河流冰排與橋墩相互作用的研究,具體研究內(nèi)容包括以下三個(gè)方面。(1)開展河冰的力學(xué)性能試驗(yàn)研究。通過河冰的無側(cè)限單軸壓縮試驗(yàn),分析多因素下河冰力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律。(2)研究冰與結(jié)構(gòu)的相互作用機(jī)理。從冰的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)物條件入手,總結(jié)了冰與結(jié)構(gòu)相互作用的類型、發(fā)生條件及特點(diǎn),并以自激振動(dòng)理論為基礎(chǔ),通過MATLAB編寫程序?qū)崿F(xiàn)自激振動(dòng)的數(shù)值模擬。(3)利用有限元方法模擬冰與橋墩的相互作用。采用ANSYS/LS-DYNA模擬了冰對(duì)橋墩的沖擊和擠壓作用,研究多種條件下冰排撞擊橋墩過程中的破壞形式,提取能量變化、相互作用力、橋墩結(jié)構(gòu)響應(yīng)等數(shù)據(jù),分析冰的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)物條件對(duì)流冰與橋墩動(dòng)力相互作用的影響。課題的研究將為完善橋梁設(shè)計(jì)中冰荷載設(shè)計(jì)規(guī)范奠定理論基礎(chǔ),也為寒區(qū)橋梁的設(shè)計(jì)、運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)提供了技術(shù)儲(chǔ)備和有益借鑒。并將提高橋梁結(jié)構(gòu)全生命周期的服役性能和安全水平具有重要的應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)意義。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U442.3
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第 1 章 緒 論1.1 研究背景高寒地區(qū)的交通運(yùn)輸線路受自然環(huán)境影響較大，寒區(qū)跨水橋梁面臨的流冰問題就是一個(gè)典型的例子。在高緯度地區(qū)，河流與海洋結(jié)冰不僅會(huì)阻塞航道，影響交通運(yùn)輸，還會(huì)對(duì)橋梁和水工建筑造成一定的破壞。在我國東北三省、新疆和內(nèi)蒙古北部，冬季長期處于低溫之下，11 月份之后河流即進(jìn)入封凍期，次年 3、4 月份開河。這些地區(qū)的江河在春季開河期間，大量冰排順流而下，對(duì)下游的水工結(jié)構(gòu)物造成沖擊。流冰撞擊橋墩引起橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)，可能影響橋上的行車安全、甚至對(duì)橋梁本身造成嚴(yán)重破壞[1]。因此在建造橋梁和水工建筑物時(shí)，需要考慮冰荷載的影響。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文增加，冰的強(qiáng)度反而降低，冰的破壞形式也從韌性轉(zhuǎn)變成年，Sinha[6,7]采用小型便攜式試驗(yàn)機(jī)開展了柱狀冰壓縮試驗(yàn)水平向試樣（加載方向垂直于柱狀晶體）和豎直向試樣（晶體），發(fā)現(xiàn)豎直向試樣的抗壓強(qiáng)度明顯高于水平向試樣分接近。他指出在試驗(yàn)機(jī)壓頭的恒定位移速率條件下，冰保持恒定。1982 年，Timco 和 Frederking[8]研究了淡水冰了低應(yīng)變率條件下冰的抗壓強(qiáng)度與加載速率的定量關(guān)系。高應(yīng)變率壓縮試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)應(yīng)變速率繼續(xù)增大（大于 10-會(huì)像在應(yīng)變速率 10-3s-1~10-1s-1段一樣呈負(fù)相關(guān)，他的數(shù)據(jù)1s-1增大到 101s-1的過程中，壓縮強(qiáng)度增大了 50％左右。過柱狀海冰的單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試發(fā)現(xiàn)，孔隙率不僅和抗壓強(qiáng)的聯(lián)系，還對(duì)冰的韌脆特性有很大影響，當(dāng)空氣體積高不會(huì)發(fā)生脆性行為。他還指出，冰的力學(xué)性質(zhì)可能與它所經(jīng)，而不僅僅是最終加載狀態(tài)的函數(shù)。

圖 2-1 切割加工天然冰獲取冰試樣表 2-1 冰試樣尺寸底面形狀 底面邊長 (mm) 高度(mm) 高寬比 試正方形 80 200 2.5:1 樣的破壞形式冰在不同溫度和應(yīng)變速率條件下呈現(xiàn)出不同的的破生斷裂前塑性變形的變形量小于 5％的材料稱為脆下，冰試樣呈韌性，試樣壓屈后一般發(fā)生鼓脹破壞試樣呈脆性，試樣受壓一般發(fā)生劈裂破壞，試驗(yàn)中°斜剪破壞。中冰的不同的破壞形式示例及其名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線上角的文字，分別表示試樣加載方向、溫度、加載

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2797298