水动力作用下流冰撞击闸墩的动力响应研究

高寒地区河冰撞击河道的闸墩结构会产生极端冰载荷和冰激振动,水的动力效应使得碰撞过程更加复杂。采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法,考虑作用在流冰和闸墩表面的流体力,建立了水-冰-闸墩耦合模型,探究了偶然极端条件下冰-闸墩碰撞的力学特性,设计了冰-砼碰撞实验。结果表明：冰-砼碰撞实验中,撞击力的模拟结果与实验结果吻合良好;对流固耦合的水动力效应分析发现,水-冰-闸墩耦合模型能够体现水的流体特性,在流冰撞击闸墩近场逼近过程中,初始时刻水的动力效应能够增加流冰的动能,撞击楔入闸墩过程中,水介质形成一个瞬态高压力场,产生水垫效应吸收冰体部分动能,从而抑制流冰运动;在不同流冰体积和压缩强度工况下,闸墩结构所承受的冰力随着流冰体积的增大而增大,流冰压缩强度对冰力的影响较小,流冰损伤与闸墩结构响应主要集中在碰撞接触区,流冰撞击闸墩结构引起冰激振动,流冰体积对闸墩振动加速度的影响较大,相同体积的流冰随着压缩强度的增大,振动幅值差异不明显,表明流冰体积是影响冰-闸墩碰撞的关键参数。