松花江河冰荷载计算的主要方法.docxVIP

松花江河冰荷载计算的主要方法 1 冰的抗压强度 冰-冰结构的相互作用一直是研究冰工程最重要的课题，主要集中在冰压力的测量和确定上。无论是国内还是国外,因春季内河流冰造成桥梁和水工建筑破坏的事例时有发生。前苏联幅员辽阔,大部国土地处高纬度的寒冷地区,对内陆河川的冰荷载研究起始较早,还有加拿大、美国、芬兰、日本、英国、德国和挪威等国冰荷载的计算均有专门的规定。随着国际海洋油气资源的开发,许多学者从河冰转向海冰研究,现将回顾、收集到的近40年来国内外主要有关河冰与海冰的工程实用冰荷载计算公式分别列出如下: (1)Korzhavin 公式(1962) F=Ι(VV0)-13mΚDΗσc(1a)F=I(VV0)?13mKDHσc(1a) 式中:F为冰荷载力;I为局部挤压系数,当冰排宽度大于桩经15倍时,取I=2.5;V为冰速(m/s),即冰的流动速度;V0为参照冰速,取V0=1.0m/s;m为桩柱形状系数,对园柱,取0.86,方柱取1.0;K为接触条件系数,取0.4～0.7,高冰速时,取较小值;D和H分别为桩柱迎冰面宽度和冰厚度;σc为在所关心的加载速率下,冰的单轴抗压强度。 因为春季开江(或河)时,流冰冰排的运动速度往往较低,因而可不考虑冰速(或加载速率)对冰强度的影响,此时式(1a)简化为 F=ΙmΚDΗσc(1b)F=ImKDHσc(1b) (2)Afanasev 公式(1971) F=ΙmDΗσc(2)F=ImDHσc(2) 式中符号意义同前(以下不再说明),I取值如下: Ι={(1+5ΗD)12当1＜DΗ≤6时2.5当DΗ=1.0时4.17-1.67DΗ当0.1＜DΗ＜1.0时4.0当DΗ=0.1时I=???????????????(1+5HD)122.54.17?1.67DH4.0当1＜DH≤6时当DH=1.0时当0.1＜DH＜1.0时当DH=0.1时 (3)加拿大标准协会CAS公式(1974) F=DΗσc(3)F=DHσc(3) 式中,σc为冰压力的有效值,取0.689～2.76MPa。 (4)加拿大灯塔规范公式(1975) F=m′DΗσc(4) 式中:m′为考虑形状、接触条件的综合系数,取0.4～0.7;σc为冰的单轴抗压强度,取1.38～1.72MPa。 (5)加拿大公路桥墩上冰的设计力。由CAS标准CAN3-S6-M78条款 F=CnDΗσc(5) 式中,Cn为桥墩迎冰面前缘倾斜系数,取法为:前缘倾斜角为0°～15°时,Cn=1.0;倾斜角为15°～30°时,Cn=0.75;倾斜角为30°～45°时,Cn=0.5。前缘倾斜角大于30°时,可根据冰的有效弯曲强度计算。 (6)前苏联规范(SNIP-11-57-75)(1975) 水平和竖向冰荷载分别为 FΗ=mΚσwΗ2(6a)FV=FΗ/tanβ(6b) 式中:m为结构前缘倾斜系数(对水平角的正切)取1.4;K为结构几何系数,通常取1.0,对锥体结构,Κ=1+0.05DΗ;β为桥墩斜棱对水平线的倾角;σw为冰的弯曲强度。 (7)前苏联规范(1983) F=ΙmDΗσc(7) 式中:I为局部挤压系数,取值可查表;m为形状系数,对圆柱为0.9,方柱为1.0。 (8)俄罗斯公式(SHIP2.06.04-82)(1982) ●作用于桥墩上的冰荷载,应根据建桥地区冰作用最大期间冰的原始资料确定,野外观测不应少于5年,冰的抗压强度极限应由试验资料确定,当无试验资料时,容许采用以下值:I类地区,冰情最轻,取冰的抗压强度极限σc=735kPa或441kPa,冰的抗弯强度σw=0.7σc;地区界限及其对应的地区系数由查表确定。对零度以下解冻的河流,应采用不低于2.0的地区系数。 ●冰荷载的合力必须作用在计算冰水位以下0.3H处,H为冰的计算厚度,取百年一遇的冬季最大冰厚度的0.8倍。 ●作用于桥墩竖直前墩面上的冰荷载,按以下公式确定: 当冰排被桥墩剪断时 F1=Κnφ1DΗσc(8a) 当冰排被桥墩阻塞时 F2=1.253VΗ√Κnφ2Aσc(8b) 式中:Kn为地区系数;φ1,φ2为按表确定的桥墩型式系数;A为冰排面积(m2)。 ●在冰的作用区内,对有倾斜面的桥墩上作用的冰荷载为 FΗ=φσwΗ2(8c)FV=FΗ/tanβ(8d) 式中,φ为系数,取0.2D/H值,但不小于1.0。 (9)我国固定式海洋平台规范公式(1983) F=ΙmΚDΗσc(9) 式中:I为局部挤压系数,取2.5;m为形状系数,对园柱取0.9;K为接触系数,取0.45。 (10)美国API规范公式(1980) F=CAσc(10) 式中:C为系数,决定于冰力作用的速度、形式等,通常取0.3～0.7;A为冰的挤压面积;σc为冰的抗压强度,随冰的温度、盐度、加载速率等变化,其数值范围为1.38～3.45MP