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摘要
西北干寒地区长距离输水工程中河道修建的闸墩受到冰载荷撞击破坏，为确保冬季安全稳定供水，需进行冰载荷对闸墩撞击破坏力学特性研究。本文采用任意拉格朗日欧拉（ALE）流固耦合（FSI）方法模拟不同碰撞工况下冰体楔入闸墩碰撞过程，并通过对比实验，验证了冰材料模型参数和ALE算法的适用性，分析了网格尺寸对撞击力的影响。研究结果表明：计算得到冰载荷对闸墩撞击力极值与实验值具有良好的吻合性，表明本文模拟所采用的冰材料模型参数、ALE算法和网格尺寸能够较准确模拟冰载荷对闸墩的作用力；闸墩损伤变形与冰排破损主要集中在碰撞接触区，接触区撞击力大小受到“水垫效应”的影响，空气介质对撞击力影响较小；不同冰厚和冰速工况下撞击力时程曲线呈现“Sawtooth”现象，撞击力加载-卸载时间较短；冰排楔入闸墩的过程中，撞击力极值出现在0o正碰接触区，在冰速1.2 m/s～3.0 m/s范围内，撞击力逐渐减小，在不改变冰速工况下，随着冰厚的增加，墩体结构响应越大，冰速和冰厚两个影响工况下闸墩顶端位移均为周期性振动。其仿真结果拟为西北干寒地区冰期河道中墩体结构安全提供指导。
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单位土木工程学院; 兰州交通大学
