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目前在对冰荷载的研究上,主要有极值静冰力和交变冰力两种。极值静冰力关注的是结构是否会被推倒的问题,对极值静冰力研究的焦点是冰与结构挤压破坏时冰同时破坏与非同时破坏的问题,这直接关系到极值静冰力的大小。交变冰力关注的热点是冰致结构自激振动问题,是否存在自激振动以及如何解释其形成原因,建立相应的力学模型与方程是研究的关键。分析表明,同时破坏,非同时破坏与自激振动的成因都与冰的韧脆转变行为有关。本文基于渤海湾抗冰平台的现场监测结果,通过对冰韧脆转变行为的研究,对同时破坏的存在性以及自激振动的发生的机理及判据进行了研究。
论文第二部分给出了渤海平台现场监测结果,结果表明,在冰与结构挤压破坏时,随着冰速的变化,有三种冰力形式,分别对应:准静态振动,稳态振动和随机振动。其中前两种振动属于同时破坏,后者属于非同时破坏。对稳态振动的进一步分析表明,其应属于自激振动,并指出其产生原因是由于冰韧脆转变区的微裂纹行为引起的。
论文的第三部分对冰的韧脆转变行为进行了研究,主要包括韧性行为中的位错行为研究,韧脆转变行为中的微裂纹的演化过程研究以及脆性行为的单个裂纹行为的介绍。其中,着重对微裂纹的形成过程与扩展过程进行了介绍。
论文的第四部分,主要在对冰韧脆转变行为研究的基础上,首先讨论了同时破坏存在的条件及原因;其次着重对自激振动的机理与判据进行了研究:通过对自激振动时近场冰力学行为分析以及冰与结构耦合过程分析,定性地解释了自激原因,指出自激发生在冰的韧脆转变区,韧脆转变区的微裂纹行为是导致自激振动的关键。然后利用现场监测数据,通过对自激振动时的相位分析,定量地验证了自激产生的原因与条件。
论文的第五部分对主动加载试验进行了介绍,此实验进一步验证了自激产生的条件与原因。