水深对船舶摇荡运动影响的数值方法研究

随着船舶大型化、高速化的发展趋势,以及船舶数量的逐年增多,海上航行的船只不免在相对浅水域航行,浅水域会对船舶的航行状态产生影响,浅水效应是保障船舶安全航行所需考虑的重要因素.采用有限水深的三维势流理论,以某NPL型船模为例,分别对在其次浅水、浅水和超浅水条件下的纵摇和垂荡运动幅值响应函数进行了计算,并对纵摇和垂荡运动随水深的变化规律进行总结.      

双管悬浮隧道在不同锚泊方式下水动力响应研究

为了增强对双管悬浮隧道水动力特性的了解，探寻安全性高的锚泊系统，通过简化双管悬浮隧道结构，采用ANSYS建立双管悬浮隧道模型进行数值模拟。模拟的海洋环境为均匀流、规则波，以此分析了双管悬浮隧道管体结构在不同锚泊方式、不同浮重比、不同浸没水深、不同波高下横荡、垂荡和横摇的运动响应及锚索受力的情况。研究表明：1)锚泊方式1的抑振能力最差，且锚索力最大，安全性最差；2)锚泊方式2在垂荡方向上表现出较好的抑振能力，且锚索力比锚泊方式1小；3)锚泊方式3在横荡，纵荡，横摇运动响应以及锚索力方面表现均佳，安全性更好。     

基于AIS数据的桥梁防船撞结构冲击响应分析

针对目前桥梁船撞影响参数不明确的情况,提出利用AIS数据获得桥区实际通航船舶信息,以此为基础进行桥梁抗撞分析及防船撞装置设计。以武汉长江二桥为例,基于AIS数据获得船舶的重量、偏航角、航速等信息,最终确定抗撞分析采用5000 t级船舶作为代表船型,取上行、下行最大偏航角分别为22°、8°,航速取平均航速(上行1.91 m/s、下行3.28 m/s)。在此基础上,采用显式有限元法对该桥主墩受船舶撞击的动态过程进行数值模拟,将获得的船舶撞击力与规范的计算结果进行对比,发现船舶正向撞击桥墩的碰撞力高出桥墩抗撞力的18.85%。根据桥梁防撞需求和船舶撞击力情况,设计了X形夹层结构防船撞装置,分析该装置的抗撞性,结果表明,该装置具有良好的吸能效果,可减少30%以上的船撞力,且能有效减小船舶损伤。     

集波浪发电和防撞功能于一体桥梁保护装置研究

针对常规波浪发电装置以及桥梁防撞装置的功能单一性,设计了一种集波浪发电和防撞功能于一体的新型桥梁保护装置。该装置主体外围结构为柔性防撞系统(复合材料自适应防撞套箱),波浪发电系统承载于柔性防撞系统硬件基础上。装置将吸收的波浪能通过动力输出系统转化为机械能,机械能再带动发电机发电。采用水动力学软件ANSYS-AQWA分析了水深20m、波高1m、波浪周期8s条件下装置的运动特点,并计算装置发电功率。结果表明:新型装置的垂荡运动幅值为0.5m,速度最大值为0.4m/s,加速度峰值为0.35m/s~2,波浪力最大值为1.74×10~6 N,平均发电功率为160.945kW,和现有振荡浮子式发电装置进行对比,在相同的截面面积下两者发电功率大致相同。     

跨江大桥防撞设计方法及动态分析

结合国内外桥梁防撞的既有技术,对大跨径斜拉桥的防撞设计思路和方法进行了研究,并对常用防撞设计方法进行了对比分析.以江津粉房湾公轨两用斜拉桥为例,通过对大桥防撞特点的分析和防撞设计方法的比对,优化出了大桥的最佳防撞方法;基于动态非线性有限元理论,研究了大桥防撞主墩的总体结构抗力和代表船型作用下的碰撞力,分析了桥梁船舶撞击点位的受力特征.研究结果表明:在不同水位下,代表船型以各水位对应的撞击速度撞击(正、斜撞)大桥主墩,船撞力均小于结构的设计抗力,其中以P3主墩在187.83m水位遭受船舶正撞条件下的横桥向船撞力最大,约38.68 MN,小于其对应的设计抗力66 MN;虽然撞击位置局部角点出现拉应力超过C50混凝土自身抗拉强度的问题,但可通过增设构造钢筋来解决.     

南洞庭胜天大桥塔上钢锚梁受力性能研究

以主跨450 m的南洞庭胜天大桥为工程背景,采用整体杆系有限元计算和局部精细化的实体板壳有限元计算相结合的方法,基于5种受力工况条件,研究了大跨度斜拉桥塔上钢锚梁的传力机理和受力特性。研究结果表明:钢锚梁的构造合理,整体受力性能良好,传力路径明确;通过模拟钢锚梁边界条件的变化,优化其制造及安装工序;恒载、标准组合、超载工况下钢锚梁Mises等效应力绝大部分区域分别小于47.1、70.6、102 MPa, Mises等效应力最大值分别为141、212、307 MPa。超载工况下,钢锚梁最大Mises等效应力大于钢材应力容许值,但小于钢材屈服强度,钢锚梁能满足桥梁的正常使用和极限状态下的受力要求。     

东江特大桥桥墩抗撞计算分析及防撞措施

东江特大桥主桥为(95+170+95)m的连续刚构桥,为判断该桥下部构造是否满足规范抗撞要求,对桥墩进行抗撞分析。采用有限元程序MIDAS建立全桥及桥墩模型,通过反复试算,得出主墩、交界墩和引桥桥墩能够承受的最大船撞力横桥向分别为14 MN、5 MN、3 MN,顺桥向分别为10 MN、4 MN3、.5 MN,与国内《公桥规》、《铁桥规》及美国AASHTO 3种规范计算出的设计船撞力进行比较,结果表明各桥墩均能满足国内两规范对桥梁的抗撞要求。为防止船舶直接撞到桥墩,采取设置橡胶块、防撞岛、防撞墙及将交界墩的左、右幅承台连为整体的防撞措施。     

双层钢桁梁斜拉桥振型模态及地震响应特征研究

为研究典型双层钢桁梁斜拉桥的振型模态及地震动响应特征,建立了三维精细化有限元模型,并选取1条人工波和4条天然波分别作为输入地震荷载以模拟双层钢桁梁的地震响应过程。结果表明,桥梁整体为长周期结构体系,一阶自振周期为8.11s,基本振型特征为主梁横弯、主梁纵飘和横飘、反对称横弯。不同地震波作用下桥梁主要结构的位移峰值、内力峰值等分布规律基本一致;然而,由于人工波、El Centro波等含有更加丰富的长周期成分,对应工况下的结构动力响应相对偏大。此外,竖向正弯、竖向反弯及水平横弯等3种变形模式下,结构最大拉应力主要分布在腹杆与纵梁连接垫板、腹杆及焊接板等区域。不同地震波作用下的斜拉索轴力响应趋势均呈宽U形分布。     

城市桥梁桩基施工对既有盾构隧道的影响研究

为了探究城市桥梁桩基施工对既有盾构隧道的影响,以某实际工程为例,采用Midas/GTS有限元软件建立了三维模型,并就新建桩基施工对既有盾构隧道的位移和受力影响进行了分析。研究成果表明,第一,桩基周围土体会因桩基施工扰动而产生以沉降为主的变形,桩周3.0倍桩径范围内土体受影响最大,且地层变形在竖向呈倒"V"型分布,距离地表越深,桩基施工引起的地层变形范围越小,变形程度也越轻;第二,桩基施工引起的既有盾构隧道管片变形以沉降为主,且最大沉降值为1.82 mm,出现在隧道顶部;其最大收敛变形出现在纵向,两条隧道的最大收敛变形值分别为0.49和0.83 mm;第三,新建桩基施工引起的管片轴力和弯矩增量分别为1.6%和3.5%,可见,埋深越大,桩周土体的约束力越强,这对隧道具有很好的保护作用。     

广州海珠桥原悬索钢桁架主桥安全监测

广州海珠桥历经多次改造,2011年检测判定主桥[(67.79+49.10+67.79)m三跨连续索桁组合结构]为危桥需抢修,为确保抢修施工前桥梁的运营安全,进行安全监测。建立主桥计算模型,按实测的材料物理力学强度、吊杆力、主缆拉力及钢结构杆件锈蚀率等指标,对模型部分参数进行修正;在恒载+汽-15活载+人群荷载组合下,进行承载能力验算,确定最不利受力杆件。安全监测时,在应力较大的22根杆件布置应力监测点,竖向变形监测点选取桥跨L/2、L/4、L/8及支点等关键截面;根据桥梁承载能力验算结果和容许应力法,确定各监测杆件的应力预警值和边跨、中跨挠度预警值。结果表明,修正的计算模型能准确模拟结构真实受力状况;监测参数及预警值设置合理;监测周期内,各杆件应力增量均未超过预警值,各测点最大挠度增量在2mm范围,小于预警值,结构处于安全状态。     

铁路高墩大跨度连续刚构桥抗震设计分析

为保证在罕遇地震下桥梁结构满足规范要求,以主跨120m的高墩大跨连续刚构桥——云南万拉木特大桥为例,运用MIDAS Civil建立连续刚构桥空间有限元模型,对其进行动力特性及罕遇地震作用下的非线性时程分析,并优化延性抗震设计。分析结果表明:桥梁振型以梁墩的横向振动为主,第1阶横向侧弯的自振周期为1.697s,全桥最大振幅出现在桥墩墩顶位置。在罕遇地震(50年超越概率为2%)作用下,中跨墩顶、底受力较大,均已进入屈服,但其弯矩均小于钢筋极限弯矩,桥梁满足"大震不倒"抗震性能目标。对塑性铰区进行优化,将墩底以上3m空心与实体分界位置处截面外层部分主筋弯折,形成最不利塑性铰区域;加强墩顶、底塑性铰区域横向约束钢筋布置,提高墩柱延性。     

大跨度斜拉桥双向曲面混合桥塔钢-混结合段受力性能研究

为研究大跨度斜拉桥双向曲面混合桥塔钢-混结合段的力学行为与传力机理,设计相似比为1:4的全截面静载试验模型,测试最不利及超载工况下结构的应力、变形、开裂等;结合有限元仿真分析,研究桥塔钢-混结合段的传力机理,并进一步探讨结构构造参数对其影响规律。结果表明:最不利荷载工况下,钢结构最不利压应力为-165.44 MPa,位于钢过渡段主跨受压侧壁板;混凝土最不利拉应力为8.65 MPa,叠加预应力效应后约为1.73 MPa,位于混凝土段边跨受拉侧;沿塔轴向,钢结构应力平缓降低并在承压板附近存在突变,混凝土应力较为平稳;剪力钉及PBL剪力键弯曲应力均呈"两头大、中间小"的马鞍形分布。模型各构件实测应力随荷载增加呈线性增长,模型整体处于弹性受力状态;结合段钢-混最大滑移值仅65 μm,钢-混之间协同受力良好;模型上下缘实测应力差异约为10%,表明双向曲面构造引起一定的空间受力特性,但挠度量值差异小。超载工况下,1.4倍加载时混凝土段边跨受拉侧出现裂纹;1.7倍加载时钢过渡段主跨受压侧局部应力屈服,模型受力整体表现为以钢过渡段受压侧及混凝土段受拉侧最为不利。2.0倍加载下,模型水平挠度随荷载变化均近似线性增加,转角近似满足线性变化,受混凝土开裂影响较小;最大水平挠度仅1.43 mm,挠跨比约为1/3 000,结构具有良好的刚度性能;结合段内混凝土局部开裂对受拉区的钢-混相对滑移影响较为显著。通过承压板、钢壁板及PBL板分别传递荷载66.3%、15.2%及18.5%,承压板为主要传力构件。参数讨论表明,原桥合理承压板、钢壁板厚度分别介于40~80、24~40 mm之间,剪力连接件刚度对结构传力影响较小。