冰静压力分类与计算

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1、冰静压力分类与计算冰压力概念及分类位于冰凌河流和水库中结构物，如桥梁墩台，由于冰层的作用对结构产生一定的压力，称此压力为冰压力。在具体工程设计中，应根据工程所外地区冰凌的具体条件及结构形式考虑有关冰荷载。冰荷载分为：1.河流流冰产生的冲击动压力。在河流及流动的湖泊及水库，由于冰块的流动对结构物产生流动的冲击动压力，可根据流动冰块的面积及流动速度按一般力学原理予以计算。2.冰堆整体推移的静压力。当大面积冰层以缓慢的速度接触结构物时，受阻于结构而停滞，形成冰层或破碎前的一瞬间对结构物产生最大压力。其值按极限冰压合力公式计算。3.由于风和水流作用于大面积冰层而产生的静压力。由于风和水流的作用。推

2、动大面积冰层对结构物生静压力，可根据水流方向及风向，考虑冰层面积来计算。4.冰覆盖层受温度影响膨胀时产生的静压力。5.冰层因水位升降产生的竖向作用力。当冰覆盖层与结构物冻结在一起时，若水位升高，水通过冻结在结构物上的冰盖对结构物产生竖向上拔力。极限冰压力的计算冰压力的计算应根据上述冰荷载的分类区别对待，但任何一种冰压力都不得大于冰的破坏力。冰的破坏力取决于结构物的形状、气温及冰的抗压极限强度等因素，可按下式计算：P=m·A·R·b·h式中Ｐ――极根冰压力的合力（Ｎ）；h――冰的厚度（m），等于频率为１％的冬季冰最大厚度的０．８倍；当缺少足够年代的观测资料时，可采用由勘探确定的最大冰厚；b―

3、―结构在流冰水位上的宽度（m）；m――结构形状系数：　　矩形　　m=1.0，　　半圆形　m=0.9；Ｒ――冰的抗压极限强度，采用相应流冰期冰块的实际强度．由试验知，小试件极限强度值一般约为实际作用在结构物上强度值的2~3倍；缺少试验资料时，可按开始流冰时Ｒ=735kPa，最高流冰水位时R=441kPa；　　Ａ――地区系数，气温在零度以上解冻时取1.0；气温在零度以下解冻时且冰温为－10℃及其以下者取2.0，介于两者之间者用插入法求得．冰对建筑物的作用形式及其影响因素冰对建筑物的作用力包括静冰力和动冰力两个重要部分。静冰力指在冰的生长过程中及冻结后，冰和冰盖对结构物的静冰挤压破坏作用；动冰力

4、指在风、流驱动下运动的冰块对结构物的冲击、摩擦作用。在具体环境中，作用在建筑物的主要冰静荷载有三种。它们分别是：1）巨大冰层包围建筑物，在风和潮流作用下，冰层对结构产生静压力，如果结构强度足够高，则冰层会被建筑物切入或割裂而移动2）冬季温差剧烈时，整体冰层膨胀对结构产生挤压力；3）冰层与建筑物冻结在一起时，冰层由于风和潮流作用对结构产生拖拽力以及冰层因水位下降而产生向下的附加重力，冰层因水位上升而产生的向上的上拔力。在冰与建筑物的相互作用中，影响冰荷载大小的因素归纳可为三方面，即：1）当地水文气象及地理条件：如风和潮流的速度和方向直接影响着冰的运动速度和方向，气温、水温的变化直接影响着冰的

5、形成和强度；2）冰的特性：冰的类型、范围、厚度及冰的物理力学特性；3）建筑物的特性：即建筑物的形状、尺寸、结构的刚度、变形能力等。国内外规范、规程、规定及建议中的计算静冰力的公式总结各国的规范中所使用的符号不同，就冰对桩柱作用力的公式，主要涉及到冰的极限压缩强度σc，冰的设计厚度H和冰作用位置结构的宽度D，以及结构形状系数m。对于以上参数，本文不直接引用原文符号，如无特殊说明，不再注释。a)前苏联水工建筑物荷载规范:P=mDHσc式中：为形状系数，与桩柱迎冰面形状有关；冰的设计厚度取百年一遇的最大冰厚的0.8倍。b)俄罗斯冰荷载规程:P=ϕDHσc式中：ϕ为与桥墩迎冰面形状相关的系数；冰设

6、计厚度取值方法同上。c)美国API规范:一般性规定：P=c1DHσc(3)API2A公式：P=c2DHσc(4)APIRP2N公式：P=IKDHσc式中：c1为由冰力作用速度的系数，一般为0.3~0.7；c2为流冰力系数；I为嵌入系数；K为接触系数；cσ取1.12～2.81MPa。d)加拿大规范CAS公式：P=DHσc灯塔规范：P=m1DHσc公路桥墩规范：P=m2DHσcACSE公式：P=m2IDHσc式中：m1为考虑形状、接触条件的综合系数，取0.4～0.7；m2为桥墩前缘倾斜系数；I为嵌入系数。e)日本规范P=DHσcf)Korzhavin公式冰速较低时，可简化为P=mIDHσc式中

7、：I为局部挤压系数；K为接触条件系数；V为流冰速度；V0为参照冰速，取1.0m/s；cσ为相应加载速率下冰的单轴抗压强度。g)Afanasev公式式中：P=mIDHσcI为与桩径和冰厚相关的系数。当1＜D/H≤6时，I=(1+5H/D)0.5；当D/H=1时，I=2.5；当0.1＜D/H＜1.0时，I=4.17-1.67D/H；当D/H＝0.1时，I=4.0。h)德国Schwarz公式P=3.75D0.5H1.1σc式中