本文關(guān)鍵詞：風(fēng)雪災(zāi)害下樹木斷裂機(jī)制及風(fēng)險(xiǎn)評估與防護(hù)

  更多相關(guān)文章： 風(fēng)雪 樹木 強(qiáng)度 斷裂 防護(hù)

【摘要】：風(fēng)、雪災(zāi)害不僅對森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成重大影響,同時也給林業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。另一方面,一些城市的高大行道樹和景區(qū)古樹名木在經(jīng)歷了長期風(fēng)雨洗禮之后都存在不同程度的安全隱患,它們在突然遭到暴風(fēng)雨等惡劣氣候的情況下就有可能發(fā)生斷裂倒伏,并對行人、游客的生命安全造成危害。全球氣候變化模型的預(yù)測表明,各種類型風(fēng)/雪災(zāi)害的發(fā)生頻率和強(qiáng)度正呈現(xiàn)增加的趨勢,顯然,研究風(fēng)雪載荷下樹木斷裂行為,不僅對于城市行道樹和景區(qū)古樹名木的斷裂風(fēng)險(xiǎn)性評估和安全防護(hù)具有重要的意義,還會對森林生態(tài)及森林資源保護(hù)科學(xué)的基礎(chǔ)研究起到推動性作用。本文采用理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐相結(jié)合的方法,以黃山松和香樟等樹種為研究對象,對風(fēng)雪載荷下的樹木力學(xué)特征和斷裂行為進(jìn)行了分析研究,主要工作如下:1、首先介紹風(fēng)雪的特征,包括風(fēng)的組成:風(fēng)速和風(fēng)向,冰雪載荷種類:干雪、濕雪和凍雨;分別介紹不同風(fēng)雪特征下的樹木響應(yīng)特征與破壞情況,為后文的樹木斷裂破壞分析、安全性評估以及防護(hù)措施鋪墊。2、測試樹木生材的力學(xué)性質(zhì)。包括測試生材的破壞強(qiáng)度值,確定用于樹木強(qiáng)度準(zhǔn)則的材料臨界強(qiáng)度應(yīng)力值,以及通過數(shù)字散斑法測試樹木生材的彈性系數(shù),該方法能夠避免采用電測法測試樹木生材的彈性系數(shù)所帶來的問題,如生材含水率高不易涂膠貼片,應(yīng)變片樹脂基的模量高于樹材的模量以及樹材變形量傳遞到金屬柵會有較大失真等。以上述測試的樹木生材力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用ABAQUS有限元建立Γ型空心圓樹干在自由端受F作用力,樹干基部為固定端約束的樹干受力模型,分析樹木指定高度截面處樹干外層的最大彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力變化情況,判斷分析樹干破壞的行為與方式。結(jié)果表明:樹木因空洞造成的樹干內(nèi)外徑比為0.7是樹木可能發(fā)生斷裂的臨界值,即,當(dāng)樹干的空洞發(fā)展到樹干內(nèi)外徑比為0.7時,隨著樹干空洞的繼續(xù)增大,樹木發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)破壞系數(shù)會急劇增加;樹木達(dá)到一定的偏冠程度后,會因樹干空洞的增加,樹木先發(fā)生扭轉(zhuǎn)劈裂破壞后,造成樹干整體剛度的降低再引發(fā)樹干折斷。3、給出了一種分析樹木強(qiáng)度的新方法和理論,并首次提出一種“樹木力學(xué)量的全量測試方法”,該方法不僅可以同時測量樹木最大的彎曲應(yīng)變和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)變,而且最大應(yīng)變的測值僅取決于傳感器的測值而與風(fēng)向無關(guān)。本文,首先通過已知拉力模擬風(fēng)載荷作用在樹上,使樹干產(chǎn)生彎曲與扭轉(zhuǎn)組合變形,利用上述理論和方法測得樹干的最大彎曲應(yīng)變和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)變后,再應(yīng)用胡克定律將應(yīng)變轉(zhuǎn)換至應(yīng)力去與理論計(jì)算結(jié)果相比較,以此證明其有效性。然后,實(shí)地測量了大風(fēng)作用下的樹干最大彎曲變形應(yīng)變(應(yīng)力)和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)變(應(yīng)力),同時,利用風(fēng)速儀獲取了樹冠層近似重心高度處的風(fēng)速和風(fēng)向。研究結(jié)果表明:對于忽大忽小的多波峰陣風(fēng),由于樹木復(fù)雜的搖擺行為,樹干應(yīng)變應(yīng)力響應(yīng)較為復(fù)雜,較難建立一致的應(yīng)力與風(fēng)速平方間的關(guān)系;但對于風(fēng)向穩(wěn)定且風(fēng)速持續(xù)增加的單峰風(fēng),發(fā)現(xiàn)不同時段上的樹干應(yīng)力與風(fēng)速平方存在較一致的線性關(guān)系,據(jù)此可以評估出樹木能夠承受的最大風(fēng)速,即臨界風(fēng)速,為樹木在大風(fēng)環(huán)境下是否需要做斷裂安全防護(hù)提供依據(jù)。4、歸納總結(jié)樹木的強(qiáng)度缺陷,分為樹洞、腐朽、枯木、裂紋以及結(jié)構(gòu)缺陷五大類。以應(yīng)力波斷層掃描儀和針刺阻力儀對隱藏式腐朽空洞樹木進(jìn)行檢測。5、從樹木力學(xué)角度出發(fā),結(jié)合樹木結(jié)構(gòu)形態(tài)和外部環(huán)境因子等,針對常見的具有安全隱患的樹木提出安全性的彈性支撐拉纖的防護(hù)方法,同時,列舉已經(jīng)實(shí)施的一些古樹名木的支撐拉纖方案,當(dāng)中介紹已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好效果的自主研發(fā)的樹木防風(fēng)雪災(zāi)害的彈性支撐桿。
【學(xué)位授予單位】：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S761;S718.4

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 ;安徽農(nóng)業(yè)大學(xué):強(qiáng)化創(chuàng)新 提升能力 服務(wù)安徽新農(nóng)村建設(shè)[J];安徽科技;2008年11期

2 ;安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)科技成果選介[J];安徽科技;2002年10期

3 ;安徽農(nóng)業(yè)大學(xué):繼續(xù)實(shí)施“外拓內(nèi)延”戰(zhàn)略培育新的科技優(yōu)勢[J];安徽科技;2003年Z1期

4 ;[J];;年期

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 梅申信;浪潮助力安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)信息化[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2003年

2 本報(bào)記者 奚正喜;發(fā)展中的安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)[N];江淮時報(bào);2006年

3 本報(bào)記者 夏樹　李海濤 張叢;農(nóng)業(yè)院校的“最高理想”[N];農(nóng)民日報(bào);2010年

4 通訊員 宋成會;奇瑞重工和安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議[N];中國農(nóng)機(jī)化導(dǎo)報(bào);2011年

5 ;夏濤同志簡歷[N];江淮時報(bào);2012年

6 記者 陳婉婉;安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)喜慶80華誕[N];安徽日報(bào);2008年

7 陳玉芹;安農(nóng)大產(chǎn)學(xué)研實(shí)踐基地天長揭牌[N];安徽經(jīng)濟(jì)報(bào);2010年

8 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書館館長 梅申信;安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 構(gòu)造數(shù)字學(xué)習(xí)平臺[N];中國計(jì)算機(jī)報(bào);2004年

9 崔藝志;我市為農(nóng)村儲備人才[N];巢湖日報(bào);2008年

10 本報(bào)記者 李攬?jiān)?“大學(xué)生下基層”待升溫[N];安徽日報(bào);2009年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 吳貽軍;風(fēng)雪災(zāi)害下樹木斷裂機(jī)制及風(fēng)險(xiǎn)評估與防護(hù)[D];安徽農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 岳建;安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)后勤社會化改革研究[D];安徽農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

2 王恒;安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)乳業(yè)經(jīng)營方式的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2007年

，

本文編號：1301246