第六节 冰压力
一、静冰压力
水结冰时体积增加9%左右，但结冰过程中，由于气温和冰的温度下降，体积要收缩，因而作用到边界建筑物上的冰压力不大。但当温度回升时（当然仍低于0℃），冰盖膨胀，受到边界（库岸、坝面等）约束，就要对建筑物表面施加静冰压力。
我国北方地区的有关科研和设计单位，曾对冰压力进行过大量现场观测与调查，其中黑龙江胜利水库已有连续10年以上的观测资料，东北勘测设计研究院和天津市水利科学研究所提出了静冰压力计算公式。在此基础上，根据东北和华北地区10个水库观测资料的综合分析，进一步给出了静冰压力标准值的取值简表，见表2-18。考虑冰层升温膨胀时作用于坝面或其他宽长建筑物单位长度上的静冰压力标准值，即可由表2-18查取。表中冰层厚度应取多年平均年最大值；对于小型水库，静冰压力标准值乘以0.87后采用；对于库面开阔的大型平原水库，静冰压力值乘以1.25后采用。应注意，表2-18仅适用于结冰期内水库水位基本不变的情况，结冰期内水库水位变动情况的静冰压力应作专门研究。
表2-18 静冰压力标准值
静冰压力沿冰厚方向的分布，基本上呈上大下小的倒三角形，故可认为静冰压力的合力作用点在冰面以下冰厚的1/3处。静冰压力的大小与建筑物形态以及冰本身的抗挤压强度有关，故对于作用在独立墩柱上的静冰压力强度最大值即抗挤压强度，可用与冰的抗挤压强度成正比的计算式计算（偏于安全）：
式中：Fp1为作用独立墩柱上的静冰压力，MN；m为与墩柱水平截面形状有关的系数，由表2-19查取；di为计算冰厚（取当地最大冰厚的7/10～4/5），m；b为建筑物（如闸墩）在冰作用高程处的前沿宽度，m；fib为冰的抗挤压强度，MPa；Kb为系数，由表2-20查取；fic为冰的抗压强度MPa，对于水库fic=0.3～0.4MPa，对于河流fic=0.4～0.5MPa。
表2-19 形状系数m值
表2-20 系数Kb值
按表2-18或经验公式算得的静冰压力标准值与实测值比较，误差在10%左右，故对静冰压力的作用分项系数采用1.1。
二、动冰压力
冰盖解冻后，冰块随水流漂移，撞到建筑物上，将产生撞击力，称为动冰压力。苏联、加拿大、美国和中国对此曾进行了研究，DL 5077—1997主要沿用了苏联的算法，但其中有关计算冰厚的取值，则是根据国内有关观测资料提出的。
作用于铅直坝面或其他宽长建筑物（b/di≥50）的动冰压力与冰块抗压强度、冰块厚度、平面尺寸和运动速度有关。由于这些条件的不同，冰块碰到建筑物时可能发生破碎，也可能只有撞击而不破碎，故动冰压力标准值应由下列式（2-51）、式（2-52）分别计算，取其中小值：
式中：Fb1为冰块撞击时产生的动冰压力，MN；Fb2为冰块破碎时产生的动冰压力，MN；V为冰块流速（按实测资料确定。无实测资料时，对于河流可采用水流流速；对于水库则可取冰块运动期内重现期100年的风速的3%，且不宜大于0.6m／s），m／s；A为冰块面积（由当地实测或调查资料确定），m2；di为当地最大冰厚乘以0.7～0.8的计算冰厚，m；b为建筑物前沿在冰作用高程处的宽度，m；fic为冰的抗压强度，MPa，对于水库fic=0.3～0.4MPa，对于河流，流冰初期用fic=0.4～0.5MPa，后期高水位用fic=0.3～0.4MPa。
作用于前沿铅直的三角形独立墩柱上的动冰压力应按冰块可能被切入、也可能撞击两种情况计算，并取其小值为标准值。对于前者可借用式（2-49），因为这时冰已耗用其抗挤压强度了；对于后者则可用下式计算：
式中：γ为三角形夹角的一半；Fp2为冰块撞击三角形墩柱时的动冰压力，MN；其余各符号含义同前。
对于水平截面非三角形的铅直独立墩柱，仍要用式（2-49）计算冰块被切入情况的动冰压力Fp1，但撞击情况尚缺乏基于专门研究成果的动冰压力算式。不过作者以为，墩柱截面非三角形者，或可近似视作三角形者，可按式（2-53）计算撞击力，或可近似按式（2-51）计算撞击力。
动冰压力的作用分项系数，可采用1.1。