防波堤内侧木栈道冻胀变形的物理模拟研究

摘要

冰灾害、冰荷载与冰冻环境一直是寒区海域工程建设主要的控制因素，因此，合理的确定冰对海岸结构物的作用问题也是人们普遍关注的重点。由于冰物理力学性质的复杂性，目前还没有公认能够准确描述冰与海岸结构物相互作用的数学物理模型。原型观测通常被认为是最直观有效的研究方式，但由于现场条件复杂，环境恶劣，耗资大，使得直接观测的难度大大增加。因此，本论文主要是应用物理模拟试验对冰与木栈道结构的相互作用问题进行系统的试验研究。
　　大连冬季气温最低可以达到-18℃，各类海岸建筑物如堤岸、栈道、栈桥等会因冰冻导致一些工程问题。大连近海区域海水不会全部封冻，海浪可能会越过东港商务景观区的护岸胸墙，这部分海水不能有效地排出且会停留在木栈道结构下部，并在低气温时结冰。据现场勘测，防波堤内侧木栈道结构局部结冰厚度可达20cm，木栈道结构因受到结冰产生的向上膨胀力作用可能会变形破坏。为研究冰的膨胀变形对木栈道结构的影响情况，在低温试验冷库对木栈道试件进行了冻胀试验，模拟了现场可能遇到的几种冻结情况;并利用电子万能试验机对木栈道结构开展了拉拔破坏承载力试验;同时为了解冰的冻融对木栈道结构的最终影响，设计了反复冻融试验。
　　试验结果表明:只发生一次冻胀，木栈道试件没有发生破坏，水面与木栈道板条底面齐平时，冻胀变形量最大;在拉拔破坏承载力试验中，导致木栈道试件失稳的原因是连接木栈道板条与龙骨的卡扣变形过大而失去效用，每个卡扣的承载能力约为600N;在反复冻融中，随着冻融次数的增加，木栈道试件测点的变形逐渐增大，最终在第三冻融周期由于卡扣变形而失稳破坏。