位于寒冷地区的桥梁常常受到春季开江形成的流动冰排的威胁,因此位于寒冷地区河流、海湾中的桥梁在设计建造时作为荷载之一的冰荷载必须予以考虑,流冰撞击力问题应引起足够的重视。公路桥梁设计通用规范中给出了最大冰压力计算公式是沿用苏联规范公式,但由于不同国家地区的水质、气候条件、河流环境的不同,造成冰压力计算结果不准确。而且,规范中提供的只是静冰压力,对于流冰撞击力及其桥梁振动问题没有相应规定,对于流冰与桥梁的相互作用机理、冰排的破坏模式等都不清楚,认识不足,这些都给在寒冷区河流上建造的桥梁留下了严重的安全隐患。为此,本文针对流冰桥梁碰撞分析及防护装置开展相关研究:第一,针对松花江哈尔滨段河冰的力学性能,进行了冰的单轴无侧限抗压强度试验研究。试验结果发现,河冰的抗压强度受温度、加载速率的影响较大,从测试的结果来看,其抗压强度随着温度的降低,强度呈现出提高的趋势,从加载速率分析,一般来讲其抗压强度在加载速率1.0E-3左右达到最大值,当加载速率小于1.0E-3附近时,强度随着加载速率的增大而增大,当超过1.0E-3时,强度随着加载速率的增大而呈现下降趋势。分析出冰排随加载速率的破坏模式,当加载速率在1E-3至3E-3范围内,测试表现出韧脆双重特征,当加载速率超过3E-3时,表现出明显的脆性破坏,试件发生辟裂破坏。对当前各国冰压力计算公式进行了调研汇总,总结了影响流冰撞击力的主要因素。采用各国计算公式对哈尔滨松浦大桥3号桥墩进行试算,比较了各国规范公式的计算差异。第二,采用ANSYS/LS-DYNA软件进行流冰-桥墩碰撞数值仿真模拟,介绍了流冰-桥墩碰撞的有限元建模策略。分别分析了矩形桥墩、圆形桥墩、椭圆形桥墩在不同冰厚、不同冰速撞击下的桥墩结构反应,根据撞击力峰值、能量分布情况、加速度曲线等指标对碰撞响应进行评价,总结出考虑流冰撞击下合适的桥墩外形,并对破冰体的设计给出一些建议。第三,为减少流冰对桥梁的撞击破坏,开展了桥梁防流冰防撞装置的研发。介绍了防撞装置研发的设计思路,并对其参数进行优化,包括防撞装置的坡角、波高、耗能缓冲装置的弹性模量、复位弹簧的弹簧刚度参数,得到了优化后性能较为优良的防撞装置。最后对加了防撞装置的桥墩进行流冰碰撞分析,通过对加防撞装置前后桥梁碰撞响应的研究,评价出防撞装置对流冰撞击的减震耗能效果。论文针对上述的研究,为寒区桥梁的抗流冰撞击的设计提供了理论依据和工程参考价值。