桥梁冲刷深度计算方法评价及基础合理埋置深度研究

冲刷深度的预测及基础埋置深度的确定是桥梁设计中的重要环节.然而,由于桥梁冲刷机理复杂、影响因素众多,导致现阶段提出的各类预测方法存在较大差异,且适用范围不完全相同,所以在桥梁建设中选择合适的冲刷深度计算方法较为复杂.首先对现阶段常用的桥梁冲刷深度计算方法进行阐述.随后,以单柱墩为研究对象,采用FLOW-3D建立有限元分...     

桥梁水毁研究综述

近年来，桥梁水毁日益频发，已成为桥梁倒塌失效的首要因素。从冲刷、洪水2类最主要的水文因素出发，充分结合历史数据，分析并对比其对桥梁水毁的影响程度与规律；并按2类水文因素所对应的不同桥梁倒塌失效模式，对桥梁水毁现有的研究工作和方法进行总结归纳；最后，聚焦实桥应用，对现有桥梁水毁监测和诊治手段进行全面梳理。综述可得以下结论：①冲刷是导致桥梁水毁的最主要因素，所致失效桥型以桁架桥、梁桥、拱桥为主，桥梁服役时间、结构安全状态、年平均径流量均与桥梁所受冲刷程度存在较强相关性；②冲刷坑空间形态数值仿真与试验结果仍有一定差距，其泥沙模型缺少考虑床沙级配的影响，经验公式法尚需突破计算维度的局限性，完善考虑时间因素和黏性土的冲刷深度预测；③现阶段洪水波流竖向升力计算公式较少考虑脉动压力，浪荷载水槽试验尚未完全探明波浪特性与作用力间的联系，桥梁可靠度研究多见以冲刷为主的多灾害下联合效应计算，仍缺少波流、浪力作用与地震动水作用等其他灾害联合作用的深入探讨；④桥梁抗水目前仍局限于流场与结构域的独立研究，未见不同水文因素下基于结构域-流场多场耦合的桥梁失效模式分析；⑤雷达、声波以及潜水员水下检测是现阶段桥梁冲刷主流监测方式，桥梁冲刷动力识别适用于复杂环境下大规模、区域性桥梁检测，但仍有待进一步的应用研究，而既有桥梁水毁诊治手段在具体实施时需因地制宜，避免反而加剧水文病害。     

海水环境下桥墩抗冲刷技术研究

我国跨海大桥的数量越来越多,桥墩位于海水中会对海水的运动产生影响,同时海水又会对桥墩造成冲刷。为了研究海水环境下桥墩抗冲刷技术,从桥墩基础局部冲刷机理的研究入手,基于A跨海公路大桥主跨桥墩防冲刷工程,对桥墩的主动和被动综合防冲刷技术及其应用效果进行了研究。研究成果表明:根据海水运动是否带动机床泥沙运动可将海水对桥墩的冲刷分为清水冲刷和动床冲刷,当海水行近流速很小时,河床几乎不受海水冲刷,当行进流速大于v_0′时,河床受到清水冲刷作用;当行近流速大于v_0时,河床受动床冲刷;桥墩受海水的冲刷与海水行近流速和河床泥沙粒径等均呈正相关性;依据抗冲刷技术的原理不同可将桥梁墩柱的防冲刷技术分为主动防护和被动防护;对A跨海公路大桥河床的监测成果表明,基于主动防护(墩前牺牲桩)和被动防护(抛石)的综合治理方案能非常有效地对桥墩起到防护作用。     

跨海桥梁深水设置基础建造技术进展

设置基础是能够较好适应恶劣海洋环境并成为大跨度跨海桥梁首选的一种基础形式,但在国内的应用和研究还很少。通过对国内外主要跨海桥梁的深水设置基础建造技术的现状进行分析,探讨了我国跨海桥梁深水设置基础技术发展需要在设计理论、大型施工装备、施工技术方面进行深入研究掌握的关键技术,以期对我国日后跨海桥梁在深海、厚软土、强震、强风浪、急流等复杂恶劣环境下桥梁基础的设计和施工有所借鉴。     

基于细-宏观数据交互的桥梁水毁数值仿真

为精细化探究桥梁水毁倒塌机理，基于计算流体力学与泥沙动力学数值仿真，得到桥梁冲刷形态演变与波流力时程数据，构建桥梁水毁全过程的连续倒塌数值模型；通过开发细-宏观数据交互接口，将冲刷所致边界条件改变与波流力对桥梁结构作用效应实时传递至结构域桥梁连续倒塌数值模型，高精度连续仿真冲刷发展与波流力作用下桥梁水毁全程力学响应与结构形态演化；最后，通过河源东江大桥倒塌案例分析，验证该仿真方法与数据交互接口的正确性和有效性。结果表明：河源东江大桥连续倒塌可能由冲刷掏空基础后倾斜、拱脚薄弱节点失效以及非制动墩承受不平衡水平推力所致；所提出的仿真方法可实现冲刷仿真、波流力计算与结构倒塌分析的同步交互实施，可为从水文源头探究桥梁水毁失效机理与倒塌模式提供精准高效的分析工具，为桥梁抗水设计、评估以及未来规范修订提供理论基础与技术手段。     

深海条件下海燕大桥墩柱防冲刷技术与分析研究

深海环境修建桥梁墩柱会影响该区域原有的海水运动特征,造成桥梁墩柱局部冲刷破坏。为研究和解决这一问题,以海燕大桥3~#和7~#桥墩为研究对象,在分析其基本地质和水文工程地质条件的基础上,结合现场监测方案,分析了桥梁墩台施工过程中的局部冲刷机理和冲刷深度,并且对照几种普遍的局部冲刷理论公式,提出了对应的防护技术手段。研究发现:深海条件下桥墩主要受上游径流和潮汐两种水力作用影响,并在桥墩两侧产生尾流旋涡和冲刷坑;监测结果表明在桥墩施工期间水流规律紊乱,施工后期水力对河床冲刷速率基本稳定在4mm/d,在监测周期8个月内,3~#、7~#桥梁平均冲刷深度分别为2.23,1.82 m,仅达到理论冲刷深度的8%~10%,说明在桥梁运营中河床还会受到局部冲刷作用;此外,本文提出了针对深水环境下结合主动防护和水流动能减速两类防护技术方案,以期为深海环境下桥梁墩柱的防冲刷技术提供一定参考和数据支撑。     

某跨海大桥桥墩基础冲刷试验研究

桥梁水毁的最重要原因是桥墩冲刷,正确预测桥梁的冲刷深度能为基础埋置深度的确定提供理论依据。目前国内外对于复合桥墩在实际海洋潮流和不规则波浪联合作用下冲刷深度的计算精度还有待提高,因此进行物理模型试验来确定桥墩冲刷深度就显得尤为重要。根据数值计算提供的水流边界条件,利用正态模型试验的方法,测量往复流及不规则波和往复流共同作用下跨海大桥桥墩基础最大冲刷深度,通过对比试验的方法研究了水流与桥墩不同夹角对不同型式桥墩冲刷的影响以及波流共同作用下的桥墩最大冲刷深度,从而为工程建设的安全性和经济性提供有力的技术支撑,同时也可为同类型其他桥梁冲刷物理模型试验提供参考。     

串列双圆柱桥墩局部冲刷精细化模拟

为研究不同墩心距下沿流向串列布置的双圆柱桥墩局部冲刷坑形态的变化规律，提出1种平衡湍流边界层模型以获得稳定的湍流来流边界条件；利用雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型求解河床上双圆柱桥墩周围的复杂绕流场；基于能考虑河床面任意斜坡和泥沙坍塌效应的泥沙输运模型和动网格技术模拟双圆柱桥墩局部冲刷的动态演化过程，得到平衡冲刷坑形态，揭示冲刷发展过程的流动特征和冲刷机理。模拟结果与中美规范局部冲刷预测结果比较表明：串列双圆柱桥墩之间存在干扰效应；受下游桥墩施扰，最大冲刷都发生在上游桥墩，冲刷深度比单圆柱桥墩大，当墩心距L与桥墩直径D之比L/D=4时，达到最大值；而下游桥墩受上游桥墩遮挡的影响，最大冲刷深度在L/D=2时达到最小值，随着墩心距的增大，下游冲刷深度增大；当墩心距大于5倍桥墩直径后，下游桥墩可不考虑遮挡效应；获得的串列双圆柱桥墩最大冲刷深度值与美国规范预测值较为接近，而中国规范公式预测值偏小，提出的下游桥墩冲刷深度遮挡因子可为桥梁抗冲刷设计提供参考。     

丁坝,导流堤基础冲刷防护措施研究

本文根据冲刷机理及消能抗冲原理，结合大量模型试验和现场实际试验工程以及调查资料分析研究，提出了丁坝、导流堤基础冲刷防护措施和局部冲刷深度计算公式。     

沿河路基局部冲刷深度计算研究

在对沿河路基局部冲刷影响因素如水流条件、河床沙条件和河流几何边界条件等进行分析的基础上，通过野外模型试验，观测了河流各断面的水深、流速、护墙的冲刷深度和冲刷的发展过程及护墙附近的水流形态。针对弯道凹岸沿河路基的冲刷，对比分析了已有的局部冲刷深度计算公式，采用量纲分析和多元线性回归的方法，建立了设置护墙后的沿河路基弯道凹岸局部最大冲刷深度的计算公式。依托模型试验，对护坦的减冲作用进行了定量分析；根据试验观测结果，采用回归分析方法，得到了设置护坦后的路基局部最大冲刷深度的计算公式。研究成果可供在确定路基冲刷防护工程结构形式和基础埋深时参考。     

冲刷作用下水平承载单桩计算方法及承载特性

考虑冲刷作用对桩基承载力的影响,传统设计常采用忽略最大冲刷深度以上土体效应且认为冲刷线下土体物理力学特性不变的方法,此简化方法忽略了局部冲刷坑的尺寸效应和桩周土体应力历史的变化,设计桩长冗余度较大。为了充分考虑现场实际情况,在Reese的研究基础上,基于修正的p-y曲线进行砂土中单桩水平承载力的理论推导,为了验证结果正确性,随后进行了相应室内模型试验,且同时利用LPILE软件进行了模拟计算。结果表明：基于桩端点极限土抗力不变原则计算的等效冲刷深度公式可靠,相应的p-y曲线导入LPILE中计算值与试验值的误差在13%~17%,能够较好模拟现场冲刷情况;随着冲刷深度增加,单桩基础水平承载能力减弱,自由长度增大,桩身最大弯矩增大而土抗力影响深度减小,最大弯矩位置向桩端移动;修正的p-y曲线考虑冲刷坑底以上土体的有利作用,最大水平承载力计算值与试验值误差为3.6%~6.0%,桩顶最大水平位移误差为13.9%~23.5%,最大弯矩误差为2.9%~4.4%,最大弯矩点位置误差为3.3%~7.7%。最后进行冲刷深度、冲刷坡角和冲刷宽度的参数敏感性分析,结果表明三者的影响程度依次下降,试验条件下,相比无冲刷工况,冲刷深度为15 cm和30 cm时,桩顶位移增幅高达51%和106%。相应试验进一步证实了冲刷作用对桩基承载力的重要影响和理论计算的正确性,可为工程设计提供参考。     

基于车辆制动激励和小波包能量分析的连续梁桥基础冲刷识别方法

近年来，因基础冲刷引发的桥毁事故频发，冲刷会造成桥梁下部结构周围土体被破坏进而导致基础承载力下降，并且由于冲刷位置隐蔽增加了识别检测的难度。为了精准识别桥梁下部结构的基础冲刷损伤，利用车辆制动作用可引起更为显著的桥梁下部结构纵桥向动力响应这一特点，提出了一种基于车辆制动作用下桥梁动力响应小波包能量分析的连续梁桥基础冲刷识别方法。该方法选择典型三轴车制动作用作为动力激励，利用小波包对冲刷前后的车辆制动作用下桥墩顶纵桥向加速度响应进行分解，提出以小波包能量方差变化率作为冲刷识别指标，实现基础冲刷位置识别；进而通过数值模拟方法建立包含多种冲刷程度与对应测点冲刷指标值的样本库，拟合分析确定冲刷识别指标值与冲刷程度间的函数关系，通过识别出的各测点冲刷指标值基于模式反演方法实现冲刷程度的量化识别。一座混凝土连续梁桥工程实例的分析结果表明，该方法能够实现梁桥基础冲刷的定位和定量识别，抗噪能力强，且识别结果受桥面不平度、制动位置、车质量和初始车速等因素影响较小。该方法在试验过程仅需在桥墩顶安装加速度传感器，可借助常规的桥梁荷载试验项目实现，具有测试简便易行、识别精度好等特点，适于公路梁桥基础冲刷的快速检测。     

桥梁桩基础施工对既有明挖隧道变形影响研究

以某桥梁跨越隧道工程为研究背景,运用有限元软件模拟桥桩基础施工过程,并针对桩基础不同开挖深度对地铁隧道的影响展开对比分析,研究表明:在桥梁桩基础施工过程中,东西双向隧道拱底、隧道左、右拱腰以及桩基础周边土体变形规律均呈对称分布;靠近隧道附近施工对隧道拱底和拱腰的变形影响最大;桩基础开挖深度未超过隧道时,地表沉降与桩周土体水平位移均随着开挖深度的增大而变大,当开挖深度超过隧道位置后,地表沉降与桩周土体位移将不再受开挖深度的影响,其结论可为类似桥梁跨越隧道工程研究提供参考与借鉴。     

跨海斜拉桥涂层预养护时机选择与技术措施研究

通过资料调研整理与实桥检测结果，研究掌握了跨海斜拉桥钢箱梁及混凝土结构涂层病害特点，并分析了该类桥梁结构涂层病害发展过程和退化规律。运用理论分析和统计方法对涂层劣化进行预测，并在此基础上确定该类桥梁结构涂层预防性养护的最佳时机。根据跨海钢箱梁斜拉桥的结构和环境特点，提出了结构涂层预防性养护的工作内容和维护处治的具体技术措施。通过象山港大桥的应用和验证，进一步优化了跨海斜拉桥结构涂层预防性养护的策略和技术细节。     

东海大桥桥墩过度冲刷区域防护技术研究

东海大桥桥墩区域发生严重冲刷现象,部分群桩桥墩冲刷深度已超过设计警戒值,为确保大桥安全,对桥墩区域实施护底防护措施。本文根据东海大桥过度冲刷区域防护试验工程实践,介绍了工程的设计方案、施工工艺和关键技术以及试验效果,为类似工程提供了参考和指导。     

气动翼板抑制悬索桥颤振的物理机理

从能量的角度研究气动翼板控制悬索桥颤振的物理机理。基于弯扭二模态耦合颤振系统,分别推导了气流由主梁和一对气动翼板输入系统的能量以及结构阻尼耗散能量的表达式。以某跨海方案桥为例进行了研究,结果表明：气动翼板能有效耗散气流由主梁输入系统的能量,桥梁颤振临界风速提高达30％。     

桥梁基础局部冲刷CFD模拟的研究进展

局部冲刷是涉水桥梁失效的主要原因之一。合理的桥梁基础局部冲刷估计，对保证桥梁基础的设计、施工和维护具有重要意义。基于CFD开展桥梁基础局部冲刷研究具有现场观测和水槽试验不具备的诸多优点。首先阐述了桥梁基础局部冲刷CFD模拟的控制方程、湍流模型和泥沙输运模型，以及报导的主要CFD模拟软件；介绍了国内外研究进展，总结了现有研究存在的不足，分析了其中的原因，探讨了局部冲刷CFD研究的发展方向。分析表明，现有CFD局部冲刷研究存在流动Re数过小、未考虑来流湍流特性或来流湍流特性估计不足、湍流模型对流动的非定常特性捕捉不足，以及采用经验性的定常流泥沙输运模型等问题，使得局部冲刷坑形态和最大深度估计与试验不符。一种有望解决上述问题的途径是采用大涡模拟数值求解欧拉-欧拉两相流方程，通过求解流体相和泥沙相的质量和动量方程，采用合适的泥沙相和流体相的压格子封闭模型，并合理模拟泥沙相内相互作用和泥沙相与流体相的相互作用，通过组合壁函数实现高效数值求解，以获得桥梁基础局部冲刷的合理估计，从而推动局部冲刷CFD模拟向大尺度模型和高流动Re数发展。     

基于车激动力响应互相关指标的桥梁基础冲刷诊断方法

针对当前桥梁基础冲刷诊断和检测方法过程复杂、成本高且受环境影响大等问题，提出一种基于车激动力响应互相关指标的桥梁基础冲刷诊断方法。该方法通过桥墩和桥跨不同测点的纵向加速度响应自由衰减段信号的互相关分析，建立基础冲刷诊断指标体系，实现冲刷定位和均匀性诊断。首先，依据互相关函数幅值向量置信度判据指标进行基础冲刷初判；然后，通过响应互相关函数幅值向量因子变化率向量进行冲刷定位，再根据横桥向互相关函数幅值变化率向量诊断冲刷均匀性；并通过统计评估方法提高诊断精度；最后，结合1座连续梁桥算例进行多种冲刷工况的数值仿真分析，对所提方法的有效性和适用性进行验证。结果表明：该方法能够很好地实现基础冲刷的定位和均匀性诊断，指标具有较高敏感性；同时具有较好的抗噪性能，通过所提出诊断指标体系的综合使用可消除噪声对诊断结果的干扰。该方法具有诊断结果精度高、过程简便易行、无需进行复杂且误差较大的模态识别、允许试验测试参数和条件适量变化等优点，可嵌入常规桥梁荷载试验同步开展，具有很好的工程应用潜力和实用价值。     

金塘大桥非通航孔桥桥型方案构思

根据在建金塘大桥桥址处的气象、水文、地质等自然条件,分析影响长大跨海桥梁非通航孔桥桥型方案的多种因素,并结合国内外已建跨海大桥的经验,从施工可靠性、海上作业量、工期、预制场地、设备、施工组织、技术经济等方面进行综合比较,提出金塘大桥非通航孔桥桥型方案。