跨海桥梁哑铃形围堰规则波浪力试验研究

为尽量准确地估算跨海桥梁哑铃形围堰的波浪力,开展波浪水槽试验。以某跨海大桥哑铃形围堰为原型,制作1∶60围堰模型,采用波浪水槽试验系统制造规则线性波,研究波浪周期、波高和波浪入射角对围堰波浪力的影响规律,并根据试验结果提出考虑结构尺度效应的哑铃形围堰最大波浪力简化计算方法。结果表明:随着波浪周期的增加,哑铃形围堰的纵向、横向波浪力呈先增加后减小的趋势,竖向波浪力呈增加趋势,长波条件下需重视竖向波浪力的作用;随着波高的增加,围堰各方向波浪力基本线性增加;随着波浪入射角的增加,纵向波浪力明显增加,横向波浪力呈先增加后减小的规律,入射角45°时波浪力最大;提出的波浪力简化计算方法能较准确地估算哑铃形围堰的最大波浪力。     

常泰长江大桥主航道桥桥塔基础选型研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1176 m公铁合建斜拉桥,桥塔基础采用沉井方案。为降低沉井自重和减少桥墩局部冲刷,采用理论分析、数值模拟与水槽冲刷试验相结合的方式对沉井基础型式进行研究。结果表明:在圆端形、梭形及矩形3种截面型式的沉井中,圆端形截面沉井的水流阻力系数最小;台阶型沉井相比传统沉井可以削弱墩前向下旋辊及减小墩侧高流速区的范围;台阶型沉井台阶宽9.0~10.0 m、台阶顶埋深位于0.6 H(H为沉井周边水深)处、挡墙高度为0.15 H时,可以起到较好的减冲刷防护效果。根据研究结果最终确定该桥采用圆端形截面台阶型沉井基础,其底面尺寸为95.0 m×57.8 m(横桥向×顺桥向),圆端半径28.9 m,台阶宽9.0 m,埋置在床面以下0.6 H处,台阶顶构造采用直角挡墙方案(挡墙高约4 m)。     

桥墩形状对河道水流绕流特征的影响研究

建立圆形、圆端形、矩形和尖端形桥墩绕流数值计算模型，获得了不同桥墩形状绕流流线、涡量与压力分布规律，分析了桥墩形状对绕流横向流速的影响。结果表明：圆形、矩形和尖端形桥墩绕流形成了卡门涡街，桥墩后侧周期性地脱落涡体，且绕流横向速度呈周期性正负交替分布；矩形桥墩绕流流线弯曲程度、涡体尺寸、高压-低压区域面积等最大，横向流速变化复杂且峰值最高(0.269 m/s);圆端形桥墩绕流流动规律简单，流线弯曲度小，无明显涡体脱落，且横向脉动流速小。数值模拟结果综合表明，圆端形桥墩排导能力最好，对船舶行驶影响最小，而矩形桥墩影响最大。     

合福铁路铜陵长江大桥3号墩沉井精确着床控制技术

合福铁路铜陵长江大桥主桥为主跨630 m的三索面钢桁梁斜拉桥,其北桥塔3号墩采用圆端形沉井基础,沉井着床采用“二次定位、注水快速着床”的方案.为使沉井精确着床,采用MIDAS 2006有限元软件建立沉井和拉缆系统空间模型,模拟沉井着床过程,分析沉井着床过程中的偏移及拉缆索力变化规律,确定定位时沉井底与河床的距离为2 m.为减小冲刷、河床平面土质分布不均、波浪和涡激振动等对沉井精确着床的影响,分别采取了注水快速着床、绞锚纠偏回位、增加沉井边锚数量、增加边锚刚度、增加沉井质量或阻尼等措施.     

桥梁墩台局部冲刷的数值模拟分析

依托实际工程,应用数值模拟的方法分析圆形和矩形沉井在不同流速、流向等条件下桥墩周围流场分布情况,并与物理模型试验结果进行对比。结果表明,数值计算结果与物理试验结果吻合良好;交角不同,局部冲刷坑的外形轮廓也发生相应的变化。     

乐清湾大桥桥梁基础波浪力计算研究

在桥梁基础波浪力计算中,波浪对桥梁基础产生的水平力为主要设计荷载,其很大程度上控制桥梁基础的规模。为了给桥梁基础设计提供依据,确保桥梁结构受力安全、经济合理,选取乐清湾大桥1号桥基础为研究对象,采用大直径结构波浪力计算数学模型,对作用于承台和群桩上的波流力分别进行计算,并对承台波流力进行合成系数分析,提出承台波流力可近似通过波浪力与水流力之和乘以1.04来计算。利用波浪物理模型试验对该计算方法进行研究和论证,建立适用于实际工程的有效数值模型,为工程的安全设计提供重要保证。     

基于势流理论的跨海桥箱梁斜向波浪荷载作用研究

为分析斜向波浪对跨海桥箱梁的影响,提出斜向波浪作用下跨海桥箱梁所受波浪荷载的理论计算方法。该方法基于势流理论建立斜向波浪-桥梁作用的数学模型,利用特征展开匹配法及伯努利原理计算箱梁所受的斜向波浪荷载。以平潭海峡公铁大桥为背景,对比分析淹没状态下箱梁的无量纲波浪荷载理论计算值与水槽试验值,验证所提出理论计算方法的准确性,分析波浪入射角和结构几何特征参数对斜向波浪荷载的影响规律。结果表明：所提出的跨海桥箱梁斜向波浪荷载计算方法准确、高效;波浪入射角对箱梁所受波浪荷载有显著影响,由长周期波浪引起的垂直波浪荷载对入射角的变化更为敏感;在斜向波浪作用下,结构的几何特征对箱梁所受水平方向波浪荷载的影响更为显著。在跨海桥箱梁设计时,建议考虑结构尺寸与斜向波浪入射角对波浪荷载的影响,通过结构优化与合理的桥位布置来降低波浪荷载对桥梁上部结构的影响。     

消减波浪荷载的桥梁沉箱基础外形设计研究

基于波浪场中动水压强的空间分布特征,提出了消减跨海桥梁沉箱基础波浪荷载的方法:一是优化基础横截面外形,调节基础横截面外轮廓不同位置波浪压力的相位差,减小基础所受到波浪力和力矩;二是优化基础竖截面外形,减小水面附近波浪能量集中区域的截面尺寸,增大靠近海床面区域的截面尺寸,将基础下部的迎浪面设置为外伸斜面,利用斜面上波浪压力竖向分力产生的力矩抵消部分水平分力产生的力矩,从而消减桥梁基础上的总波浪力矩。对于大尺度矩形和圆端矩形截面的桥梁深水沉箱基础,基于势流绕射理论和边界积分方法进行分析,结果表明,相比于矩形截面,采用圆端矩形截面可有效减小基础的波浪力和力矩;相比于上下等截面的基础,采用下部迎浪面设置外伸斜面的基础可以大幅减小基础的波浪力矩。研究成果可为跨海桥梁深水基础设计提供参考。     

沪通长江大桥公铁合建斜拉桥桥塔基础设计

沪通长江大桥为4线铁路、6车道公路合建桥梁,主航道桥采用跨径布置为(142+462+1 092+462+142)m的连续钢桁梁斜拉桥。该桥桥塔基础建设条件复杂,根据桥塔基础特性,从结构受力、经济性、施工便捷等方面对大直径钻孔桩基础和沉井基础方案(圆形沉井、矩形沉井)进行比选,最终推荐采用倒圆角的矩形沉井基础。矩形沉井下段采用钢沉井,上段采用混凝土沉井。28号、29号沉井总高分别为105m、115m。标准段井身平面尺寸为86.9m×58.7m(四周倒圆角半径为7.45m),考虑施工便捷,井身竖向分节,标准节段高6m。沉井为平面框架结构,平面布置为24个12.8m×12.8m井孔,封底混凝土厚14m,为确保封底混凝土与井身结构传力,钢沉井底部设置抗剪剪力键。     

歧管式催化转化器流场分析与结构改进

建立了某带有氧传感器的歧管式催化转化器三维数值计算模型,应用计算流体力学(CFD)方法分析了该歧管式催化转化器内部流场结构。计算描述了氧传感器周围的典型涡流结构,并根据计算结果对歧管结构进行了改进。改进后的氧传感器周围流场得到较大改善,部分涡流消失;催化转化器载体内的气流不均匀度系数下降了38%;歧管催化转化器的排气背压得到降低。     

武汉鹦鹉洲长江大桥北锚碇新型沉井基础设计

武汉鹦鹉洲长江大桥主桥为三塔四跨悬索桥。该桥北锚碇基础经多方案比选采用多圆孔环形截面新型沉井结构。沉井中间大圆孔内设置十字形隔墙,圆环内沿圆周均布有小直径井孔。沉井总高43 m,共分8节,第1节为钢壳混凝土沉井,第2~8节均为钢筋混凝土沉井。北锚碇施工中采用不排水下沉、井壁增加空气幕等措施减小施工难度及风险。采用软件FLAC3D对沉井施工过程进行数值模拟分析,评估施工安全性能、施工引起的环境效应及运营加载后锚碇基础的变形等。计算结果表明,沉井分节下沉施工过程中其结构、地面变形均满足规范要求,施工可有效避免对周围建筑物和长江大堤的不利影响。     

基于CFD模拟的钢管桁主梁气动特性研究

基于计算流体力学方法,以深圳市拟建山谷沟壑处景观桥为研究对象,建立三维仿真节段模型进行气动性能研究。首先研究节段桁架模型在对称边界条件下的合理性,得出可以利用节段模型来代替三维整桥进行数值模拟。然后通过比较三维整桥模拟与国内现行规范中桁架桥气动参数选取方法,做出检验并提出改进建议。以桁架桥结构截面的外轮廓和实面积比作为控制条件建立二维等效模型,采用4种二维圆管桁主梁CFD计算简化模型,并计算了在-5°、-3°、0°、3°、5°攻角情况下的桁架桥梁静力三分力系数。同时基于非定常时程曲线,对4种二维等效模型附近的空间流场结构、涡振性能差异进行了对比。     

芜湖长江三桥3号桥塔墩设置沉井基础设计

芜湖长江三桥为主跨588 m的非对称矮塔斜拉桥,其3号桥塔墩处水深约25 m,水下岩石直接出露,弱风化岩层厚4～9.5 m,其下为单轴抗压强度75 MPa的微风化岩石。从结构受力、施工便捷及经济性等方面,对桩基础和设置沉井基础2种基础型式进行比选,由于设置沉井基础受力明确、施工便捷、工期较短、经济性较优,推荐采用。对设置沉井基础的结构形式、基础底面高程、顶面高程及盖板与井壁的连接方式进行研究,确定3号桥塔墩设置沉井基础选择钢结构形式,基础顶高程-5.5 m、底高程-25.0 m,基底置于微风化闪长玢岩中,沉井盖板与井壁采用PBL剪力键与剪力钉连接,设置沉井基础为圆端形,平面尺寸为65 m×35 m,高19.5 m,平面分为21个井孔。对设置沉井基础施工期、运营期及船撞、地震特殊荷载工况下的结构受力进行检算,结果表明各工况下结构受力均满足要求。设置沉井基础解决了深水裸岩建设条件下常规桩基础施工困难的问题,开拓了新型深水桥梁基础型式。     

桥墩形式对泥石流浆体冲击效应的影响分析

泥石流冲毁桥墩对桥梁的危害巨大。借助数值模拟分析手段,研究不同截面形式的桥墩在泥石流冲击作用下的差异。综合分析泥石流流域、桥墩受到的冲击压强、冲击力以及拉应力,得到泥石流作用下最优桥墩选型。研究表明,不同截面的桥墩对泥石流浆体的分布影响较大,圆端形墩和尖端形墩的排导能力优于矩形墩;不同截面形状的桥墩受到的冲击力差异明显,矩形墩对泥石流的阻力普遍大于圆端形墩和尖端形墩。综合模拟结果分析,建议在泥石流易发区域架设桥梁时,应优先选择圆形或者圆端形墩。     

独柱墩-固定式防船撞装置波浪荷载研究

以跨海航道桥梁安全为背景,进行独柱墩及独柱墩-固定式防船撞装置结构波浪力研究。开展室内缩尺试验,验证并校准Fluent三维数值模型的准确性和有效性。利用最小二乘法分解墩柱水动力为Morison方程的形式,计算得到结构水动力系数。考虑波浪高度、波浪周期、防撞装置断面形状和大小等影响因素,计算并拟合出墩柱水动力系数与相关因素间的定量关系。研究结果表明：固定式防船撞装置的存在增大了墩柱表面所受波压强,但不改变其总体分布趋势。当防撞装置断面为矩形,且波浪高度较大时,装置对墩柱受力特性的影响最明显。墩柱结构所受水动力中惯性力占主导,且可用均匀分布的惯性力系数来代替实际分布,独柱墩-固定式防船撞装置结构上的惯性力系数可以达到2.1左右。     

铜陵公铁两用长江大桥主桥设计

铜陵公铁两用长江大桥主桥为(90+240+630+240+90)m的五跨连续钢桁梁斜拉桥,该桥上层桥面布置6车道高速公路,下层桥面布置4线铁路,主梁纵向采用飘浮体系,主梁和桥塔下横梁间设置阻尼装置。主梁采用3片主桁,N形桁架,主桁采用全焊桁片式设计,公路和铁路桥面均采用密布横梁的正交异性整体钢桥面,下层桥面在受力较大的桥塔根部及压重区段采用箱形结构,每个竖杆处均设有三角形桁架式横联;桥塔为倒Y形C50混凝土结构,承台以上桥塔高212m;斜拉索采用三索面布置,桥塔两侧各布置3×19根钢绞线斜拉索。除深水区3号桥塔墩采用沉井基础外,其余主墩均采用桩基础,沉井基础为圆端形,上部18m采用混凝土结构,下部50m采用钢结构。     

大跨径轨道交通桥梁圆端形花瓶墩受力分析

依托青岛市地铁8号线工程的实际应用,采用midas Civil 2015软件对圆端形花瓶墩进行了空间受力分析,对墩顶瓶口段计算方法及配筋方式进行分析总结。计算结果验证了《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)中拉压杆模型构形的合理性,为此后同类结构计算提供一定参考。     

基于ansys水平受力方桩的变形受力分析

桩基在风力、波浪力、流水力、船舶撞击力、土压力和地震力等横向荷载作用下,所承受荷载以水平荷载为主称为水平承载桩。在水平荷载作用下的桩基将受到很大的力矩,可能导致管桩基产生的破坏。本文为研究水平荷载作用下方形桩基的变形受力特性,采用ansys有限元软件建立桩基-土体模型,模拟桩基变形受力,然后采用规范的设计方法对桩基进行设计计算,将规范计算结果和模拟结果进行对比分析,验证数值模拟的可行性。     

沉管隧道变截面管段浮运水流力及系缆桩可靠性分析

为探索沉管隧道变截面管段浮运过程的水流力与系缆桩可靠性,以广州洲头咀沉管隧道为依托,借助CFD软件建立流体动力学模型,计算管段横向浮运所受的水流力并探讨规范水流力公式的适用性;以此为基础,利用ANSYS开展管段浮运系缆桩可靠性分析。研究表明： 1) 规范水流力公式具备一定的适用性,采用结构形式为矩形梁时对应的水流阻力系数会导致与数值计算结果存在不容忽视的差别,通过CFD计算结果修正后两者吻合较好; 2) 系缆桩处于弹性受力状态,刚度与强度均未被削弱,设计方案可满足浮运安全要求; 3) 钢丝绳拉力作用下管段结构混凝土处于带裂缝工作状态,需基于计算结果对系缆桩预埋件锚固区做局部加强以抑制裂缝发展。     

承台-群桩结构波浪力理论分析

目前桥梁基础的波浪力计算大多采用数值模拟的方式进行研究,但数值模拟存在计算成本高、耗时长等缺点。因此基于线性势流理论首次推导了承台-群桩结构的波浪绕射作用计算公式,求解得到了承台波浪力的半解析解。首先将承台-群桩结构简化为上层穿出水面、下层嵌入水底的双层多柱体结构,其中上层单柱体代表承台,下层多柱体代表群桩。然后将计算域划分为承台外侧和下侧2个子域,子域间的交界面函数通过傅里叶级数处理,通过匹配特征函数展开法对每一个子域的速度势函数进行求解,最终得到承台表面波浪力。在进行解的收敛性分析和与边界元软件进行大量的对比验证后,分析了桩半径和承台高度对承台表面波浪力的影响。研究发现：在小波数范围内,承台表面的量纲一的波浪力会随着群桩的存在而增大,并随着桩半径的增加而进一步增大;同时承台高度的增加会首先对波浪力的增加有促进作用,但在承台高度达到某一临界值后,承台量纲一的波浪力将会减小。首次基于势流理论推导的双层多柱体波浪作用的理论公式,为承台-群桩结构表面波浪力的求解提出了一种新的半解析方法,相较于数值模拟,其能在保证结果准确性的同时,也能使得计算更加方便快捷、成本低廉,为之后波浪作用理论的进一步完善提供有力支撑。