海冰对结构物作用时设计参数获取的方法研究
  • 【摘要】

    我国渤海地区海洋结构物设计要考虑海冰致灾的可能性,因此研究冰与结构物的作用至关重要。流冰与结构物作用时,流冰有未破碎和破碎两种情况。流冰未破碎时,作用力大小取决于流冰撞击结构物的动能。流冰破碎时,与流冰的极限破坏方式有关。流冰动能的大小取决于流冰块的质量和速度。流冰的质量是流冰面积和厚度的函数,流冰的速度由实时风速风向、流速流向和潮汐涨落控制。流冰的极限破坏荷载则取决于流冰的厚度和强度,而强度的大... 展开>>我国渤海地区海洋结构物设计要考虑海冰致灾的可能性,因此研究冰与结构物的作用至关重要。流冰与结构物作用时,流冰有未破碎和破碎两种情况。流冰未破碎时,作用力大小取决于流冰撞击结构物的动能。流冰破碎时,与流冰的极限破坏方式有关。流冰动能的大小取决于流冰块的质量和速度。流冰的质量是流冰面积和厚度的函数,流冰的速度由实时风速风向、流速流向和潮汐涨落控制。流冰的极限破坏荷载则取决于流冰的厚度和强度,而强度的大小与流冰的温度及运动速度有关。渤海地区的近岸结构物主要以直立式圆柱或墙、倾斜圆柱或坡为主。冰的单轴压缩强度是海冰对直立式结构物作用力的关键力学性质,弯曲强度和弹性模量是海冰对斜坡式结构物作用力的关键力学性质。对结构物产生作用力的流冰大部分为结构物周边的流冰块。这些流冰块在风、流、潮汐的共同作用下,涌向结构物并对结构物产生作用力。因此首先要确定结构物附近的流冰特征参数,其中流冰的面积、密集度是最重要的因素。其次,根据流冰在结构物前的作用形式,判断是否需要流冰的力学设计参数。最后根据结构物周边的海洋水文环境和结构物形状,数值计算或者物理模拟冰对结构物的作用力。
      本文就上述三个冰工程的核心要素进行方法研究,即流冰尺度特征参数、冰力学设计参数和冰对结构物作用力的获取方法。结合卫星遥感图像对流冰面积、密集度的获取方法进行设计参数提取的探究;应用原位悬臂梁试验对冰层内部不同温度垂直分布情况的弯曲强度和弹性模量获取方法进行分析;结合物理模拟试验方法确定宽体直立结构物总冰力。具体而言,首先以渤海近岸结构物附近的海冰为研究对象。从HJ-1A/B/C卫星获取高分辨率卫星遥感图像,提取辽东湾15个点、渤海湾6个点、莱州湾5个点的密集度、等效流冰面积。分别建立密集度、等效流冰面积与水温之间的关系。最终得到辽东湾、渤海湾、莱州湾结构物附近最大密集度分别为98%、78%、92%;最大等效流冰面积分别为0.41 km2、0.38 km2、0.30 km2。其次应用原位悬臂梁试验方法,获取天然冰层弯曲强度和弹性模量随实际冰层等效冰温变化的试验关系。最后选取海洋结构物中最常见的宽体直立式结构物为研究对象,应用物理模拟试验的方法,研究了当流冰动能超过冰层破坏所需要最大能量时的冰作用力随宽度的变化。试验得到模型冰在挤压破坏条件下,冰力峰值随结构物宽度增加,综合系数而减小的变化规律;讨论了冰排在不同宽度结构物前的破坏方式以及冰力大小;分析了堆积冰存在的情况下,冰排的破坏方式以及冰力的大小。
      本研究虽并未针对具体实际工程,但是对海冰与结构物作用力的研究方法进行系统阐述。对渤海海区的工程建设有着积极的指导意义。 收起<<

  • 【作者】

    王建康 

  • 【学科专业】

    港口、海岸及近海工程

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    大连理工大学

  • 【导师姓名】

    李志军

  • 【学位年度】

    2017

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    海冰  结构物  作用力  遥感图像  现场测试  物理模拟