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。     

泥石流冲击作用下桥墩动力响应研究

针对桥墩在泥石流作用下的动力冲击问题,该文基于SPH-FEM耦合的数值方法,研究块石-浆体-桥墩之间的动态作用。分析含大块石泥石流冲击桥墩的全过程、冲击力时程、关键点位移时程、桥墩破坏情况等动力学行为。并将桥墩的冲击破坏机理与工程经验相结合,分析桥墩外包钢板和桥墩外包缓冲层+钢板两种优化措施对桥墩的防护效果。研究表明:大块石对桥墩的冲击作用容易对桥墩受冲击处造成局部破坏,且墩顶位移较大;在对桥墩进行外包钢板加固后,墩顶位移有很大程度的降低,桥墩所受的冲击力较未加固时有所增加,综合考虑,钢板厚度为10 mm时防护效果较好;对桥墩进行泡沫铝和钢板加固后,墩顶位移下降,并且桥墩所受冲击力也较未加固时有所降低,从桥墩所受冲击力的降低效果和桥墩塑性变形等方面综合考虑,外包缓冲层+钢板桥墩防撞性能最优,综合考虑,泡沫铝厚度为20 cm时防护效果较好。采用SPH-FEM耦合数值方法对桥墩受含大块石泥石流冲击的动力响应有很好的模拟效果。     

泥石流两相冲击力及冲击时间计算方法

将泥石流体概化为两相流体,即具有相同粒径的固相颗粒和具有相同力学性质的液相浆体。基于泥石流体为沿流动方向的一维流假定,通过计算固、液分相流速和分相运动加速度,运用牛顿第二定律建立了液相浆体和固相颗粒的冲击力计算式,并据此构建了计算泥石流两相冲击力的综合表示式;运用泥石流在防治结构表面产生的冲击坑或在泥石流沟岸产生的冲蚀槽等冲击形迹,建立了泥石流冲击时间计算方法。通过工程实例分析显示,计算结果与实测结果吻合较好,相对误差在3%以内,满足实际工程要求。     

重力式桥墩在泥石流冲击作用下的响应分析

为研究重力式桥墩在泥石流冲击作用下的安全性,以某既有铁路重力式桥墩结构作为研究对象,采用ANSYS+CFX建立了泥石流冲击桥墩的流固耦合分析模型,分析桥墩在不同参数的泥石流冲击作用下的响应情况,同时采用LS-DYNA软件分析泥石流中大块石对桥墩的冲击力,进而对桥墩的安全性进行评估。结果表明:随着速度、容重和黏度的增加,泥石流冲击力也随之增加;泥石流中大块石对桥墩的冲击力较大,分析中不可忽略;桥墩在泥石流冲击、大块石冲击以及横向风荷载作用下,桥墩的横向偏心距、抗倾覆稳定性、抗滑稳定性、基底应力均难以满足规范要求。因此,应加强对可能遭遇泥石流灾害的重力式桥墩的监测和分析,采取有效措施以确保泥石流冲击作用下结构安全可靠。     

洪水对桥墩的瞬间冲击效应

为研究洪水对桥墩的瞬间冲击效应大小与规律,采用数值仿真软件ANSYS-CFX(在ANSYS Workbench平台上,采用瞬态结构模块ANSYS和流体分析模块CFX,并将2个模块进行关联)对洪水冲击不同截面形式桥墩过程进行了流固耦合瞬态模拟,首先明确了冲击放大系数和冲击效应系数的概念,并定义了冲击效应系数的表达式,然后分析了瞬间冲击效应以及流固耦合效应与洪水行近流速、水量高度之间的关系,揭示了瞬间冲击响应较大的原因,最后将冲击之后的绕流压力与规范计算值进行了对比。分析表明:(1)冲击放大系数随着水量高度的增加而增大,增加的速率随着水量高度的增大而减小,通过比较,圆形墩的冲击放大系数最大,方形墩次之,矩形墩最小;(2)瞬间冲击效应随着洪水行近流速和水量高度的增大而增大,在水量高度较高大时(0.75H),瞬间冲击效应不容忽视,在相等的水量高度下,冲击效应随流速增大呈非线性增加的趋势,相比之下,圆形截面墩冲击效应最显著,冲击放大系数为1.67~2.62。综合考虑瞬间冲击效应和流固耦合效应,建议铁路桥梁规范对水流力取值适当乘以一个放大系数。     

小尺度双柱结构物上波流力的流固耦合数值分析

利用流固耦合软件MpCCI将ABAQUS与FLUENT软件连接,对深水环境下波流场与双柱式桥梁墩柱结构变形进行流固耦合问题的数值模拟.结果表明,基于Morison方程,改变圆截面双柱结构的截面尺寸与长度尺寸,结构整体所受波浪力的拖曳力系数将发生变化,研究结果为流固耦合技术在深水桥梁上的应用奠定了一定的基础.     

关于泥石流路基的破坏机理及支挡结构研究

为研究泥石流路基的破坏机理和支档结构,运用泥石流路基流固耦合原理、泥石流发生机理和物理力学特性的相关理论知识,结合有限元软件ADINA,建立对应的泥石流体k-ε紊流模型,进行二维数值的仿真模拟,以此来分析路基-拦挡结构在泥石流冲击作用下的力学特性,同时对路基-拦挡结构的主体材料进行优化研究。研究结果表明:在路基受到泥石流冲击的过程中,泥石流速度从零开始,不断变大,路基应力和泥石流冲击呈现出明显的正相关关系。泥石流和路基边坡刚接触时,泥石流的运动状态发生了剧烈变化。随着流速不断增大,泥石流的冲击作用越来越强烈,此时,路基的应力变化也随泥石流的冲击而不断变大,整个流固耦合面都受到了泥石流的冲击作用。倾角从0°增加到15°的过程中,支挡结构的最大应力随倾角的增大而快速变小。当倾角大于15°时,支挡结构的最大应力开始处于稳定状态。路基的最大应力随着倾角的增大,先慢慢变小,最后趋于稳定。废弃轮胎缓冲层对路基-支挡结构能起到明显的缓冲效能的保护效果。基于保护效果和经济性等因素,建议废弃轮胎缓冲层的厚度为1 m。     

桥梁双柱式排架墩抗震性能研究进展述评

桥梁双柱墩在国内外中小跨径公路桥梁和城市高架桥中应用非常广泛,但在历次破坏性地震中震害普遍严重。为了揭示桥梁双柱墩在地震作用下的破坏机理,发展具有可恢复功能的防震桥梁双柱墩,实现从双柱墩结构到桥梁工程、再到交通线路乃至整个交通网络的全寿命周期抗震性能设计,对桥梁双柱墩抗震问题的研究进展进行评述。首先总结汶川大地震和国外重大地震中钢筋混凝土桥梁双柱墩的震害情况并分析其特征,主要破坏形式有墩柱的弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏,间系梁的纵向开裂及其与墩柱节点的断裂,盖梁梁体的斜裂缝、冲切开裂及其垫石和挡块的剪裂、剪断、撞碎等。再从抗震性能试验、非线性力学行为及数值模拟、间系梁减震耗能、损伤控制与可恢复功能结构体系、ABC双柱墩及其在强震区的应用问题、抗震加固方法和抗震设计理论等方面对桥梁双柱墩相关的抗震问题研究进展进行系统梳理与评述,进而指出桥梁双柱墩应用与研究中存在的问题。在此基础上,结合当前地震工程领域的主要发展趋势和前沿热点问题,如子结构混合模拟试验、可恢复功能结构和交通系统、多次多灾种耦合作用、全寿命设计、大数据和人工智能等,对双柱墩结构及其桥梁体系未来的研究方向进行展望。     

液力变矩器流固耦合研究

液力变矩器上作过程巾流体与结构的耦合作用不仪影响其性能,还会产生液流激振力,导致结构的振动疲劳共至破坏.基于MFX-ANSYS/CFX耦合平台,研究了流固耦合问题的求解方法及其关键技术.采用有限体积离散方法、SIMPLE速度一压力耦合算法、切应力输运(SST)湍流模型以及非结构化网格,对液力变矩器的流固耦合作用进行了数值模拟,分析了其耦合特性,对液力变矩器涡轮叶片结构的优化没计进行了验证.     

公路特大型泥石流灾害控制技术研究

公路特大型泥石流是国内外迄今尚未解决的主要公路病害，具有大冲大淤、冲击路径变化不确定以及毁损作用极其强烈的特性，是公路泥石流研究及防治的核心。本文基于两相流理论建立了泥石流冲击力计算公式；遵循特大型泥石流发育特点及公路泥石流防治特殊要求建构了泥石流综合治理模式，并开发了速流结构、底埋隧道、翼型墩汇流技术及糙桩技术，并对相关的核心技术进行了深入分析。研究成果对于彻底解决公路特大型泥石流病害奠定了重要的技术基础。     

设置防屈曲支撑的自复位双柱墩抗震性能研究

基于可恢复功能设计理念,利用防屈曲支撑的耗能能力强、便于更换及自复位桥墩震后残余位移小等优点,提出一种设置防屈曲支撑自复位双柱墩。同时以Opensees软件模拟此双柱墩,并通过与相应的试验数据进行对比,验证了模拟方法的正确性。以初始刚度、残余位移等为评价指标,对比研究设置防屈曲支撑的自复位双柱墩与未设置防屈曲支撑的自复位双柱墩、普通混凝土双柱墩的抗震性能。之后,建立防屈曲支撑与自复位双柱墩的刚度比,分别为0.25、0.50和0.75,对比研究不同刚度比对自复位双柱墩抗震性能的影响。结果表明:设置防屈曲支撑的自复位双柱墩与未设置防屈曲支撑的自复位双柱墩相比,初始刚度、承载能力、耗能能力均有明显的提高;与普通混凝土双柱墩相比,残余位移降低近83%,自复位能力较强。设置防屈曲支撑的自复位双柱墩的耗能能力随着刚度比的增大而提高,最大残余位移也随着刚度比的增大而增加,自复位能力降低。     

基于流固耦合方法的深水桥墩地震响应分析

该文以深水桥墩为研究对象,采用FSI考虑水对桥墩地震响应的影响,分析比较了不同水深、不同水域面积以及不同壁厚情况下流固耦合作用对桥墩地震响应的影响。得出考虑墩水耦合作用不仅增大了墩底地震响应的最大值,并且使墩底响应最大值发生的时刻也有所改变;随着水深的增加,流固耦合作用对墩底响应的影响增大;随着壁厚的增大,流固耦合效应对空心桥墩墩底地震响应的影响逐渐减小。     

地震作用下深水桥墩流固耦合数值模拟方法研究

以一深水圆形高墩为研究对象,运用有限元数值分析程序,分别基于势流体理论和粘性流体Navier Stokes(N-S)方程建立地震动加速度、位移输入方式下三维流固耦合分析模型,通过对比不同流固耦合模拟方法下地震响应变化情况及不同地震动输入方式下地震响应拟合情况,验证势流体数值方法的有效性,并得到不同流固耦合模拟方法相适应的地震动输入方式。结果表明,采用势流体理论建立流固耦合模型,加速度与位移输入方式下的地震响应拟合较好;采用粘性流体N-S方程建立流固耦合模型,位移输入方式下地震响应变化规律更符合实际情况,而加速度输入方式下的结果变化呈现不同的规律;相比采用基于粘性流体N-S方程建立的模型,采用基于势流体理论建立的分析模型的计算结果更保守,更有利于深水高墩桥梁的抗震设计。     

平川沟泥石流体形成的动力机制研究

泥石流沟内松散物质(岩土体)在降雨作用下，由吸水→强度衰减→蠕变而构成初始泥石流体，形成机制包括降雨冲击机制和吸水软化机制。初始泥石流体运动诱发沟岸冲蚀、沟底掏蚀而补给构成泥石流体，补给机制包括岸坡切割机制和沟床物质启动机制。构建了由粒径为6．31cm的均质颗粒固相和均质浆体的等效泥石流体，为泥石流运动及冲击机理研究奠定理论基础。     

深水桥梁墩-水耦合作用计算模式对比研究

为了能够准确、高效地计算深水桥梁的墩-水耦合作用,以墩高及入水深度均为60m的圆形实心墩为研究对象,在对目前常用的3种动水压力计算方法(Morison公式、辐射波浪法和流体声单元法)进行理论研究、对流体声单元法流体域边界条件进行改进的基础上,建立了相应的墩-水耦合计算模型,对常用深水桥墩动力特性和动力响应进行对比分析,得到3种方法在计算效率、计算精度方面的差异及适用范围。结果表明:辐射波浪法、Morison公式计算效率高于流体声单元法;辐射波浪法计算精度高于Morison公式、流体声单元法;流体声单元法适用范围比Morison公式、辐射波浪法广。     

浮式跨海大桥流固耦合作用的模拟方法综述

浮式跨海大桥是实现横跨宽广深邃峡湾或海峡的理想结构。回顾了浮式跨海大桥结构的演进和流固耦合作用模拟技术的发展，总结了两种不同的浮式跨海大桥结构数学模型的构建方法(将浮桥视为超大型浮式结构或多浮体系统);给出了浮桥结构的数学模型和数值方法，指出流固耦合作用对结构荷载、结构阻尼等的影响是不可忽略的；总结了求解运动方程的频域方法和时域方法，指出时域方法在解决非线性问题时更具优势；比较了两种常用于浮桥结构中系泊系统的数值模型(准静态模型和动态模型)的优劣。在此基础上，阐明了现有浮桥模拟技术的不足，提出需要为离散型浮筒支承的浮式跨海大桥建立黏性流体、多结构体、阻尼系统和锚泊系统全耦合的数学模型。最后，对浮式跨海大桥流固耦合作用模拟方法进行了展望。     

流固耦合效应下的渡槽结构动力特性分析

由于携带大量水体,渡槽槽身的运动会导致槽内水体晃动,而另一方面槽内水体的晃动又会反过来影响槽身的运动,这种流体与固体相互影响的现象称为“流固耦合”现象,对采用考虑流固耦合等效模型的渡槽结构进行动力特性分析.     

山区公路桥梁桥墩抗震性能的弹塑性分析

为研究某山区公路桥梁空心薄壁墩和双柱墩的抗震性能,应用有限元软件Midas建立了整体结构空间模型,对其整体结构进行了静力推覆和基于纤维单元的动力弹塑性时程分析。分析结果表明,该桥空心薄壁墩和双柱墩结构在罕遇地震作用下结构的强度和位移均能满足08抗震设计细则的要求。     

双柱偏心墩抗震性能研究

由于文物遗址保护的要求,桥下桥墩布置条件受限,因此对双柱墩做关于道路中心线偏心的设计,同时需要研究双柱偏心墩在地震作用下的地震响应。通过midas Civil对双柱偏心墩建模进行空间有限元动力分析,以得到双柱偏心墩在地震荷载作用下纵横向桥墩和桩基的地震响应。并对纵横向桥墩和桩基地震响应进行分析,得到双柱偏心墩地震响应特征,对今后双柱偏心墩的抗震性能分析具有一定的参考意义。     

双柱墩抗震性能及墩顶位移影响因素分析

针对典型钢筋混凝土双柱墩,采用逐步增量动力分析方法对双柱墩进行地震响应分析,对比研究常规双柱墩在有无系梁、不同轴压比、墩高、配箍率条件下,墩顶横向位移的变化规律。获得了轻微破损极限状态、损伤控制极限状态、倒塌控制极限状态这3种性能界限下的墩顶位移和位移角数据。结果表明:与无系梁墩相比,有系梁双柱墩各性能状态极限位移略小,但其受力更为均衡,可承受的加速度峰值更大;随着轴压比的增加,双柱墩墩顶位移呈线性减小趋势;当墩高较小时(5 m),双柱墩为剪切破坏形式,极限位移较弯剪破坏的墩柱小,当墩高超过20 m时,墩高对位移角的影响较大;配箍率对双柱墩墩顶位移的影响很小。