第五章--海冰与海冰载荷(共5页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第五章 海冰与海冰载荷第一节 海冰分类及结构特征一、海冰分类 1 从存在形态分类 族 类 状 固定冰 初生冰，饼冰，皮冰 平整冰，重叠冰，堆积冰 浮冰 沿岸冰，锚冰 冰山，冰丘 2 从存在时期来分（我国） 初冰期冰：一个月，冰较薄，冰界小，无重叠，含盐量大，质松易碎。 盛冰期冰：50-70天，重叠严重，日变化与月变化小，结构紧密，坚硬，强度高。 融冰期冰： 15-20天，多浮冰，随风海流漂动，冰质疏松，强度低。二、海冰的结构特征 自然海冰实质上是由纯冰晶体、盐水滴和微小气泡构成的坚硬固体，冰层上部为晶粒较细的晶体群，下部为柱状的晶体群，长轴垂直向上，长短不一，故海冰为

2、各向异性材料。随时间推移，海冰中的盐水滴越变越小，含盐量也越来越小，强度越来越高。第二节 我国冰情概况 冰情：指冰冻的严重程度，按盛冰期冰界和冰厚分为五等：轻冰年；偏轻冰年；常冰年；偏重冰年；重冰年。一、一般年份冰情 结冰：11月下旬开始由北向南结冰，第二年2月下旬由南向北化冰。 辽东湾：冰冻最严重，盛冰期为1月上旬至2月上旬，冰厚15-40cm，冻区离岸5-17km。 渤海湾：冰厚10-40cm，冻区离岸10-40km。二、重大冰情 1936，1947，1969年出现过重大冰情。 辽东湾：封冻，北部冰厚30-150cm，最大250cm，东岸冰厚20-60cm，最大120cm,西岸15-60c

3、m,最大90cm。 渤海湾：冰厚30-45cm，最大厚度 150cm，冻区离岸30-40km。第三节 海冰力学性能一、海冰力学研究方法 1.现场观测研究 现场测试海冰各力学特性参数。 2 实验研究 在实验模拟室条件下进行海冰力学特性测试。二、海冰力学特性 1 海冰的力学特性参数 1） 抗压强度 单位面积上承受的压力载荷。 实验表明：温度升高，强度降低，温度降低，强度升高，应变率较低时为弹塑性破坏，较高时为脆性破坏。 含盐量升高，强度降低；含盐量降低，强度升高。 2） 抗弯强度 指海冰抵抗弯曲的能力。 sf=(0.23-0.40) sc，影响因素同上。 2 海冰力学特性的影响因素 与冰晶结构，含

4、盐量，温度，加载率，应变率有关，故海冰力学特性参数具有很强的区域性。 第四节 海冰载荷计算一、海冰与结构作用形式 1.作用形式 存在三种作用形式：挤压，撞击和粘附。 2 载荷 1）挤压载荷 当海冰固结在结构周围时，海冰若有运动或运动趋势，即可产生对结构的挤压力。 2）撞击载荷 浮冰在风、浪、流的推动下，以一定速度撞击结构，产生撞击载荷 3）垂向附着力当海冰固结在结构周围时，水位变化使冰体对结构产生垂向载荷。 3 海冰载荷的影响因素 1）海冰力学特性（抗压强度、抗弯刚度、弹性模量） 2）结构特性（形状，刚度） 3）作用形式（撞击、挤压、粘附）二、直立桩柱结构物上水平挤压载荷计算 （5-1） 式中

5、：A温度系数；解冰期最低温度为0C时取A=1.0； 0C以下，取A=2.0 k1局部挤压系数 （2.0-3.0） k2接触系数 （0.2-0.4） h冰厚 b冰与结构接触面投影宽度 sc：海冰抗压强度 m：结构迎冰面形状系数，取值如下： 2a 180 120 90 75 60 半圆形 m 1.0 0.81 0.73 0.69 0.65 0.90 关于k1,k2的意义： k1：局部挤压系数，修正冰与结构挤压面和冰试件受压时的面积差异影响。 k2：接触系数：考虑冰与结构表面凹凸不平，真实接触面积小于表观接触面积的折减系数。 ZC规范推荐取k1=2.5;k2=0.45.三、撞击载荷计算 浮冰撞击结构

6、时，冰发生脆性破坏，浮冰的动能转化为： 1）破冰作功； 2）结构变形作功； 3）冰体残余动能。 由能量平衡关系： 式中：S：浮冰面积；h:冰厚，V：浮冰初速度， Ti:破冰作功，Ts结构变形作功， Tsi：冰体残余动能。 1 刚度无穷大的尖角迎冰面结构载荷 由于结构刚度无穷大，故可认为Ts=0，并忽略Tsi，能量平衡关系如下式： 且如图所示，有： 冰被切入深度x所消耗的功为： 由能量平衡关系式（5-3），解出x值，再求出最大撞击载荷Pmax 2 刚度无穷大时圆形结构的撞击载荷 如下图所示：有以下几何关系： (5-9) 当xR时，破冰作功积分为： (5-11) 由能量平衡关系（5-3）求出x，若

7、xR时，Pmax为： 3 结构刚度为K时的尖角迎冰面结构载荷 结构发生位移为l=p/K，功能关系为： 经过变形最后得到：四、垂向附着力 当冰层与结构固结在一起时，水位变化造成海冰产生对结构的垂向附着力（冰层对桩柱的上拔力），由弹性力学原理，得出， 式中：h:冰厚 d:园柱直径五、海冰对倾斜构件的作用力作用特征：当海冰与倾斜构件接触时，海冰破坏主要以弯曲断裂为主，而受弯破坏作用力是Fv，如图所示，冰与斜面存在摩擦力，f=uN,u=tgb,有： 当a+b=45，Fh=Fv, a+b=90时，为直立结构与冰层作用类似。 当结构为锥形时 a=62 62a90r-锥体（结构物）水线面半径专心-专注-专业