河冰对桥墩撞击力及柔性高墩破冰棱体构造研究

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1、硕士研究生学位论文河冰对桥墩撞击力及柔性高墩破冰棱体构造研究学生姓名彭涛学号学科、专业土木工程研究方向结构工程导师韩艳北方工业大学研究生院北方工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宂工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不含住何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宂做出蚩要贡献的个人花体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名日朋年！学位论文使用授权书学位论文作者完全了解北方工业大学有关保留学位论文的规定，即：研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位屈北方

2、工业大学。学校钉议保沼并向国家有关部门或机沟送交论文的印件和电子版，允许学位沦、査阅仞借阅；学可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印成其它制手段保存、汇编学位论文（保密的学位论文在解密后适用于本授权书）。□保密论文注释经本人屮请，学咬批讹本泣论义定为丨、密论文密级：，期限年，年曰起至■：丨适丨本授书。它非保密论文注释：本学位论文不屈于密范杉授乂书本人签名：義、：》日导师签名：本，：北友二丨：业大学硕上学位论文河冰对桥墩撞击力及柔性高墩破冰棱体构造研究摘要我国地域辽阔，众多江河穿行，桥梁作为连接江河两岸的枢纽，是交通运输线的重要组成部分。我国大部分区域都有冰凌现象，尤以

3、北方高寒地区危害最为严重。每年春季开河时，河冰都会对桥梁造成不同程度的损坏。为防止河冰带来的危害，确保流冰区域桥梁结构的安全，有必要对河冰与桥墩的相互作用进行研宄。本文首先总结了河冰与结构物相互作用的研究现状，介绍了河冰对桥墩撞击作用的有限元计算理论，并应用该理论，借助软件建立了河冰撞击桥墩的有限元模型。然后计算分析了冰排特性、破冰体形状以及冰排撞击位置等因素对河冰撞击柔性高墩作用的影响，结果表明：冰强度和冰排厚度对撞击作用有显著影响；冰排流速对撞击作用影响不大；破冰棱体的平面夹角越大，冰排撞击桥墩时的流冰撞击力和墩顶位移越大；冰排撞击位置对流冰撞击力没有明显影响，但对墩顶位移影响显著

4、。最后设计了一种能够适应水位变化的浮箱式防冰撞装置并对其防撞性能进行了研宄。结果表明：该浮箱式防冰撞装置不仅能显著降低冰排对桥墩的撞击力，而且对减小墩顶位移也有较好的效果，可考虑作为柔性高墩的流冰防撞装置。关键词：河冰，撞击力，墩顶位移，柔性髙墩，防冰撞装置北方工业大学硕士学位论文，，，，，，北方工业大学硕上学位论文目录鞭職选题背景研宄现状国外研宄现状国内研究现状本文研宄内容流冰对柔性高墩撞击作用的数值分析理论大变形动力学理论基本理论大变形动力学的数值计算方法时间步长控制接触一碰撞的数值计算原理接触並撞的算法接触类型接触分析中的关键技术本章小结河冰对柔性高墩撞击作用的研究研究背景有限元

5、模型的建立材料的本构关系单元类型的选取网格划分模型边界条件及接触类型和算法有限元模型的数值分析河冰对柔性高墩的撞击作用河冰撞击桥墩时冰排的破坏特征冰排特性对撞击作用的影响冰强度对撞击作用的影响冰弹性模量对撞击作用的影响冰排厚度对撞击作用的影响冰排流速对撞击作用的影响北方工业大学硕士学位论文破冰体形状及撞击位置对撞击作用的影响破冰体尖端平面夹角大小对撞击作用的影响冰排撞击位置对撞击作用的影响本章小结柔性高墩防冰撞装置的构造研究防冰撞装置的构造形式防冰撞装置的总体构造形式防冰撞装置的细部结构形式防冰撞装置的材料选择主体结构材料的选择缓冲构件材料的选择弱接触连接件的材料选择浮箱式防冰撞装置的

6、有限元模拟材料的本构关系单元类型的选取网格划分接触类型及算法冰排对柔性高墩的撞击作用冰排撞击桥墩时冰排的破坏特征浮箱式防冰撞装置的防护性能研宄浮箱式防冰撞装置桥激对不同强度冰排撞击的响应浮箱式防冰撞装置桥墩对不同厚度冰排揸击的响应本章小结號展望想申请学位期间的研究成果及发表的学术论文致北方工、大学硕士学位论文绪论选题背景水是人类生活中不可或缺的一部分它穿行于人类生活的各个角落，从饮用水到生活用水，农业用水到工业用水，水上交通到水上景点，水一直伴随在人类的工作生活中，给人类带来各种便利。但事物往往都有它的两面性，水也有它无情与狂暴的一面，主要表现在各种自然灾害中：如洪水、海、泥石流、冰雪

7、类灾害等，这些灾害给人类带来无数的伤痛和损失。在地球生态系统中，水具有固态、液态和气态三种相态，随着温度、气压等周围环境的变化，它能在水的三相态之间相互转化，而冰则是水三相态中的固态。在我国，约有以上的区域都有冰凌现象，是世界冰凌灾害最严重的国家之一⑴。其中尤以北方高寒地区春季开河时的凌讯危害最为严重，如黄河中上游河段、松花江依兰以下河段以及龙江上游河段等。凌讯期间，大量河冰对水上结构物的冲击往往会对其造成不同程度的损伤甚至破坏，直接影响防洪、