冰排與建筑物擠壓破壞有限元模擬分析研究.pdf

1、河中流動的冰塊會產(chǎn)生很大的動冰壓力和撞擊力，碰撞船舶或其他建筑物，使河道冬季無法通航，流冰的撞擊還可能會導(dǎo)致水工建筑物不同程度的破壞、影響其安全運(yùn)行，對下游造成危害。因此，開展流冰對于結(jié)構(gòu)物的撞擊研究是十分必要的。冰與結(jié)構(gòu)相互作用存在多種破壞形式，根據(jù)破壞宏觀現(xiàn)象可以分為：擠壓破壞、彎曲破壞、屈曲破壞等。其中擠壓破壞產(chǎn)生的冰荷載比較大，是工程中重要的研究內(nèi)容。本文用有限元方法研究了冰排與閘墩的擠壓破壞。 本文首先論述了冰問題的研

2、究現(xiàn)狀，介紹了冰的破壞方式、本構(gòu)方程，總結(jié)了冰荷載計算公式和數(shù)值模擬的基本原理，并說明了工程實例以及相應(yīng)的物理模型試驗。介紹了ANSYS/LS-DYNA這一顯式動力分析有限元軟件的非線性有限元理論以及軟件的顯示算法基礎(chǔ)，并用此軟件建立起冰排與閘墩的有限元計算模型。對于冰排與閘墩碰撞擠壓破壞的研究，建立了簡化的模型來估計冰力時程和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。在研究中，以冰在一定彈性變形后的擠壓破壞為接觸區(qū)域的破壞準(zhǔn)則，并結(jié)合了冰的特點(diǎn)，如冰的擠壓強(qiáng)度、冰

3、厚、冰速等等特征，完成了對于冰排閘墩的擠壓破壞模擬。經(jīng)過計算，本文得到了與實際情況比較符合的擠壓破壞冰力時程曲線，冰排的應(yīng)力分布和閘墩各時刻的響應(yīng)。模擬計算所得冰荷載極值與水工抗冰規(guī)范冰荷載公式計算所得值和實驗值進(jìn)行了比較。比較了同樣冰厚、冰速下雙閘墩與單閘墩的冰荷載值的大小?？偨Y(jié)了單閘墩不同冰厚、冰速下冰荷載值的變化規(guī)律。 計算及分析表明，ANSYS/LS-DYNA這一顯示動力分析有限元軟件可以分析冰排與閘墩的擠壓破壞，并將破