基于CFD的连续刚构桥主梁风荷载数值模拟研究

基于计算流体动力学(CFD),以某高墩大跨连续刚构桥的典型断面为背景进行数值模拟,引入无量纲的静力三分力系数概念,对比分析风攻角、梁高等参数对桥梁主梁截面气动力特性的影响,并结合可视化流场分析其作用机理。结果表明,CFD方法能直观分析钝体绕流特征及结构的气动力特性;箱梁断面升力系数受风攻角的影响较大,阻力系数受梁高的影响较大;梁高越大,主梁截面的三分力系数随风攻角变化的幅度越小,流场分布越复杂。     

考虑参数影响的斜拉桥π形断面的静风效应研究

基于计算流体动力学(CFD)数值计算方法,通过商用软件FLUENT对一座π形主梁断面的拟建斜拉桥进行抗风性能分析,得到成桥状态下主梁断面周围流场的压力、速度分布以及不同风攻角下的静力三分力系数.在此基础上,研究了桥面横坡、护栏、高宽比等设计参数的变化对该桥主梁断面静风三分力系数的影响.研究结果表明,桥面横坡坡率的变化对...     

高墩大跨混凝土连续刚构桥梁抗震性数值分析

针对高墩大跨连续刚构桥在地震动作用下易出现更大振动,容易对桥梁固定墩结构造成严重破坏的问题。通过建立有限元模型来模拟不同阶态下的连续刚构桥振动特性,获得不同墩高以及不同地震波下高墩大跨混凝土刚构桥的抗震特性。研究结果表明:高墩高连续刚构桥主梁部分表现出横弯和竖弯振型,竖向最容易产生失稳现象;在EI Centro记录工况下,桥梁墩顶处产生的位移量明显小于边跨处位移,墩底截面积混凝土结构并未出现显著的压缩破坏,整个墩底截面处于弹性工作阶段;卧龙地震动下的截面钢纤维拉应变均超过了材料屈服应力下的应变量,截面钢筋已经完全进入了塑性变形阶段。     

跨座式单轨交通刚构体系钢轨道梁桥设计参数影响性分析

刚构体系钢轨道梁桥的主梁中支点应力和桥墩配筋率对结构受力及工程造价影响较大,为掌握设计参数对主梁中支点应力和桥墩配筋率的影响程度,采用有限元软件建立3种典型桥梁(等截面3×25m连续、变截面单跨40m门架式及变截面x+80m+x连续刚构体系钢轨道梁桥桥型方案)计算模型,分别计算不同梁高、墩柱尺寸、平曲线半径等参数下主梁中支点应力和桥墩配筋率的变化规律。结果表明:针对主梁中支点应力和桥墩配筋率的影响,等截面连续刚构体系钢轨道梁桥对主梁高度及平曲线半径较为敏感,变截面单跨门架式刚构体系钢轨道梁桥对桥墩尺寸及平曲线半径较为敏感,边跨跨度、中支点梁高、桥墩尺寸及平曲线半径对变截面连续刚构体系钢轨道梁桥的主梁中支点应力和桥墩配筋率的影响较大。     

基于CFD方法的大跨高墩刚构桥梁风荷载数值识别

针对峡谷地区典型特大跨高墩桥梁结构风荷载的不确定性问题,采用计算流体动力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)方法,对大跨变截面主梁和超高双柱薄壁桥墩的风荷载进行数值识别。研究不同气流攻角对主梁结构风荷载的影响、不同气流风偏角对超高薄壁墩风荷载的影响、考虑尾流干扰效应的双柱薄壁桥墩气动力变化过程。同时,从气流作用微观角度分析了气流对大跨高墩刚构桥梁结构风荷载的作用机理。通过数值计算,为设计人员进行大跨高墩桥梁风荷载的取值提供了参考,对目前我国相关桥梁设计规范的缺陷进行了有效的补充。     

Analysis of Random Seismic Response of High-rise Pier Bridge in Mountain Area Based on Site Effect

为研究场地效应对高墩桥梁随机地震响应的影响规律,基于随机振动理论,研究了不同墩高和墩高差时场地效应对山区高墩桥梁在强地震作用下多点激励随机响应规律.对基于ANSYS的随机振动计算理论进行推导并建立三维数值有限元模型,对不同墩高和墩高差的山区高墩桥梁进行不同场地条件下的多点激励随机地震分析.研究表明:场地效应对高墩桥梁地震响应影响显著.软场地条件下,桥墩位移和主梁轴力均较硬、中场地时大;随着墩高的增加,硬、中、软场地效应对主梁轴力影响先增大后减小;随着墩高差的增加,主梁轴力变化规律性不强,成波动性变化;主梁横桥向弯矩对场地效应敏感,软场地时响应是硬、中场地时的5～12倍,靠近高墩处的边跨反应比矮墩处边跨明显;随着墩高差的增加,软场地对主梁弯矩响应放大作用也随之增加.     

变截面连续钢箱梁桥静气动性能研究

对某大跨变截面连续钢箱梁桥跨中断面、1/4跨断面、支点断面进行了节段模型风洞测力试验,并对主梁进行了二维和三维数值模拟,通过风洞试验结合数值的方式来研究连续钢箱梁桥变截面主梁展向、腹板高度变化及梁底线形不同对于模型静三分力的影响。结果表明,腹板高度变化及梁底线形不同对连续钢箱梁桥静气动力系数有显著影响,随腹板高度增大,变截面连续钢箱梁桥阻力系数、升力系数、扭矩系数均有显著增加;在梁底线形为直线且斜率较小时,模型的静三分力不会随梁底直线斜率的变化而产生明显的变化,在风洞试验及数值模拟中可以用等截面的节段模型来代替梁底有斜率的节段模型。而当梁底直线与水平线夹角大于3°或梁底线形为二次抛物线时,计算得到的静三分力系数与等截面模型的结果相对变化量较大,故对于变截面梁在这种情况下不宜使用等截面的节段模型进行风洞试验,且应尽量采用三维流场数值模拟与实桥梁底线形相一致以提高计算精度。     

预应力混凝土肋板式主梁施工变形分析与控制

荆州长江公路大桥为主跨500m的PC斜拉桥，跨径之大位居同类桥梁亚洲第一,世界第二，由于采用后浇横隔梁施工工艺，使主梁过渡体系截面梁高随着施工工况的改变而改变，对此，根据实际工况，通过模拟计算，对主梁在动态施工过程中的截面变形进行分析与控制，以确保截面梁高符合设计要求。     

泵闸工程折线形底板基底应力分布特性分析

为研究山区风环境下悬挑式人行桥梁结构静力三分力系数,以某特殊人行桥为背景,通过风洞试验详细研究了各不同工况下的结构三分力系数。试验结果表明：随着风向角的变化,三分力系数呈现规律的变化趋势；山体地形对结构静力三分力系数影响较大,系数最大值均未出现在常规风向角；三分力系数大小会随风攻角的改变而变化,风攻角越大,三分力系数值越大；结构不同位置处的三分力系数在体轴系相同方向上变化趋势一致。     

逢石河特大桥主桥设计

逢石河特大桥是济源至邵原高速公路上的一座特大型桥梁,其主桥为(66+5×120+66)m七跨一联典型的山区高墩大跨长联连续刚构桥,主梁采用单箱单室截面.主墩均为矩形空心薄壁墩.为适应主梁变形,设计中减小边主墩墩身顺桥向尺寸;采取增大梁高并优化梁高变化规律、适当增大竖向预应力、改善主梁永存预应力分布状况以防止主梁腹板出现斜裂缝;预应力张拉时采用强度和龄期双控、适当加大主梁跨中预拱度以防止后期中跨跨中下挠过大;采用较小的边、中跨比以方便施工.     

山区峡谷非均匀风场下大跨度斜拉桥静风稳定性分析

为研究山区峡谷地形下非均匀风场对大跨度桥梁静风稳定性的影响，以一座跨越典型山区峡谷地形的大跨度斜拉桥为工程背景，首先，采用计算流体动力学（CFD）软件Fluent对桥址区地形的风场特性进行分析，计算出沿主梁方向的非均匀风速和非均匀风攻角分布；然后，采用ANSYS APDL技术实现能考虑非均匀风速和非均匀风攻角下大桥静风稳定性的非线性分析方法。在此基础上，综合考察非均匀风攻角分布、非均匀风速分布、非均匀风速非均匀风攻角分布等风场条件对大桥静风稳定性的影响，分析各工况下主梁的静风变形与跨中处拉索刚度变化。研究结果表明：与均匀风场条件下的静风响应不同，非均匀风攻角或非均匀风速下主梁静风响应最大值点位于风荷载峰值点与跨中之间，在针对非均匀风场下大桥的静风稳定性分析时，应更注重静风响应最大值点而不是跨中处；非均匀风攻角下大桥的静风失稳临界风速要远低于均匀风攻角的静风失稳临界风速，且其静风稳定性能主要受最大风攻角而不是主跨部分非均匀风攻角的平均值来控制；非均匀风速下大桥的静风失稳临界风速主要由主跨部分的风速平均值和最大值共同影响；主梁的竖向位移和扭转角形状主要由风攻角因素来控制，而横向位移的变化规律相对较独立，其形状基本上以跨中线对称，且其值主要由风速因素来决定。     

横系梁对超高墩大跨连续刚构双幅桥抗震性能的影响分析

为研究横系梁对超高墩大跨连续刚构双幅桥抗震性能的影响,以云南山区某超高墩大跨连续刚构双幅桥为例,考虑桩土相互作用,采用MIDAS Civil软件建立桥梁结构模型,改变横系梁的位置、截面尺寸及数量,计算桥梁结构的地震响应并进行对比分析。结果表明:增设横系梁可以较好地改善超高墩大跨连续刚构双幅桥的横向抗震性能;在整体墩与双肢薄壁墩分界处设置横系梁对提高结构抗震性能效果最佳,其中横系梁同桥墩刚度比在0.40~0.67内,对改善结构抗震性能最有利;根据桥墩的高度适当增加横系梁数量对结构抗震有利,在该桥双肢薄壁墩顶部和整体墩与双肢薄壁墩分界处设置2道横系梁效果较好。     

钢管混凝土斜靠式拱桥静力特性分析

以某斜靠式拱桥为工程背景,用Ansys建立了该桥的空间有限元模型,分析了斜靠式拱桥主要的结构设计参数.研究了在不同矢跨比、不同主梁与主拱刚度、不同斜拱与主拱刚度下各截面轴力和弯矩的变化情况;探讨了斜拱倾角和横撑刚度对结构稳定系数的影响,以及横撑位置对提高稳定性的贡献.     

连续梁拱组合桥梁边中跨比影响分析

连续梁拱组合桥梁主梁和拱肋协同受力,整体刚度大、跨越能力强。以三跨连续梁拱组合桥梁为工程背景,分析了边中跨比对桥梁内力、变形、支反力、自振频率、稳定等方面的影响。分析发现：桥梁主梁和拱肋的内力、变形,主梁边支点的支反力随边中跨比的增大而增大,且在恒载作用下边中跨比0.400时边支点出现负反力;桥梁自振频率随边中跨比的增大而减小;桥梁施工阶段稳定系数随边中跨比的增大而减小,成桥状态稳定系数随边中跨比的增大而增大,但稳定系数变化率均较小;连续梁拱组合桥梁的合理边中跨比建议在0.425～0.500之间。     

错列双钝体断面气动绕流干扰效应的数值模拟

为研究既有桥梁对近桥位复线桥的气动干扰,选取不同梁高典型断面,采用增强壁面处理(EWT)的数值模拟方法,对比研究了主梁断面高度、来流风攻角及风向等因素对错列双钝体断面间的气动特性影响,并对其流场结构进行了分析.研究结果表明:受既有桥梁影响,复线桥主梁断面在位于迎风向和背风向时,三分力系数与单幅断面差异显著.对于不同梁高情况,复线桥监测断面位于背风向时,迎风侧腹板负压区随遮挡面积的增大而增大,扭转效应更为明显,升力方向随梁高变化发生改变;对于不同来流攻角情况,背风向监测断面在负攻角下所受阻力较对应正攻角略大,攻角增大引起了断面间大涡的破裂.断面形状、高度、遮挡面积及来流攻角均在不同程度上引起绕流特性的改变.     

山区大跨径悬索桥风场特性CFD数值模拟研究

为研究山区大跨径钢桁梁悬索桥的桥位地形风场特性,确定基准风速,以开州湖特大桥为依托,采用CFD数值模拟,通过8种工况的计算分析,研究大桥桥址区的风参数,得出桥址区的风场特性分布。结果表明,不同工况下,主梁高度处的各向风速及风攻角有较大差异;CFD数值模拟得到的主梁基准风速较依据规范确定的基准风速小;综合考虑桥址区的风场特性,本桥桥面处的基准风速为38.5 m/s。     

考虑桩土作用的高墩大跨连续结构几何非线性效应分析

在迅速崛起的西部高原山区高墩大跨桥梁多以百米左右的高墩大跨连续刚构桥为主,其几何非线性问题变得越来越重要。为了研究桩土作用下该结构的几何非线性效应,以西部某高墩大跨连续刚构桥为依托工程,利用大型有限元软件进行了考虑桩土效应的几何非线性施工全过程模拟。对比分析了该类型桥梁在桩土作用下几何非线性效应对结构应力和位移在施工阶段及成桥后的影响程度,并研究了不同墩高情况下几何非线性效应对该类型桥梁的变形及结构内力的影响规律。分析结果表明:几何非线性效应对主梁断面顶、底板应力的影响随着悬臂长度的增加而逐渐增大;考虑比不考虑几何非线性效应的主梁竖向位移值小,且位移曲线平顺连续;几何非线性效应对主梁弯矩和主墩剪力影响较大,且剪力分布的非线性随墩身高度的增加而明显,呈先增大后减小的现象;几何非线性效应对边跨主梁弯矩的影响效应随墩高的增加而减小,对墩顶及中跨主梁弯矩的影响随墩高的增加而增大。为了更好地控制结构应力及线形,建议高墩大跨连续结构在设计及施工控制中应着重计入几何非线性效应的影响。     

双边钢箱钢-混组合梁静力三分力系数分析

抗风性能是桥梁设计中的要点,主梁断面静力三分力系数分析是斜拉桥抗风研究的基础,但未见双边钢箱钢-混组合梁断面的相关研究。文中基于计算流体动力学(CFD)技术,对某黄河特大桥主梁断面静力三分力系数开展研究,分析CFD模拟时不同网格精度对静力三分力系数的影响。结果表明,采用CFD技术可有效识别斜拉桥的主梁静力三分力系数;仅改变网格精度,三分力系数变化不明显,阻力系数呈现变小态势,升力系数和扭矩系数呈现变大态势,但计算效率大幅降低。     

桥面结构横坡对宽翼П梁剪力滞效应的影响

现代桥梁的发展趋势,跨径越来越大,桥面愈来愈宽,自重要求越来越轻,其主梁截面形式多采用分离式双箱和Π形两种结构形式,在荷载作用下横坡对Π梁剪力滞效应的影响表现得比较突出;然而过去人们对剪力滞的研究大都没考虑横坡对其影响,文中针对该现状,利用空间有限元计算分析横坡对Π梁剪力滞的影响,为此类桥梁设计提供参考.     

有限元法计算简支T梁桥主梁横向分布系数

以简支T梁桥为例,采用有限元软件Midas Civil建立该桥有限元模型,分别提取各主梁不同截面的挠度、弯矩、支反力,绘制各主梁截面横向分布影响线;将汽车荷载作用于横向分布影响线最不利位置计算主梁横向分布系数,并与传统方法计算的主梁横向分布系数结果进行对比分析。分析结果表明,有限元法可准确计算桥梁横向分布系数,计算不同截面横向分布系数时需选择合理的主梁效应。