三维水流作用下哑铃型围堰周围海床局部冲刷

为研究跨海桥梁施工过程中围堰周围海床的局部冲刷深度与冲刷坑形态,运用有限差分软件Flow-3D建立了水流作用下哑铃型围堰周围海床冲刷的三维数值模型.对新建模型的精度进行了验证,基于此模型研究了哑铃型围堰周围的流场特征及吃水深度、流速对围堰周围海床局部冲刷深度的影响.研究结果表明:受围堰与钢护筒影响,围堰周围流场特征比较紊乱;随着吃水深度与流速的增加,哑铃型围堰周围海床的冲刷深度逐渐增大,当吃水深度为12.88 m,流速大小为4 m/s时,围堰周围最大冲刷深度接近8 m,然而与流速相比,吃水深度对哑铃型围堰周围海床冲刷深度的影响相对较小,围堰吃水深度由6.88 m增加到15.88 m时,最大冲刷深度增加不超过25%;最大冲刷深度发生在靠近围堰中心线的钢护筒附近;冲刷坑平面形态与围堰形状类似,围堰周围海床冲刷范围受流速影响较大,而受围堰吃水深度影响较小.      

多孔介质海床对单桩所受波浪力的影响分析

为研究多孔介质海床的波浪衰减作用及单桩所受波浪力的变化规律,采用修正RANS方程和Forchheimer饱和阻力模型控制多孔介质内部流体流动,运用流体体积法追踪自由液面,建立波浪-多孔介质海床-单桩相互作用三维数值分析模型. 首先,基于波浪与多孔介质海床相互作用过程,研究了多孔介质海床对波浪传播的衰减作用;其次,分析了相同波浪条件下多孔介质海床及刚性海床时单桩所受波浪力的数值变化,突出了考虑海床多孔特性的必要性;最后,采用单一变量控制法,进一步研究了单桩所受波浪力数值随海床多孔特性参数的变化规律. 研究结果表明,海床多孔特性对波浪传播具有明显的衰减作用;给定的波浪参数和多孔介质海床条件下,单桩所受波浪力最大值比刚性海床情况提高约35%,若忽略海床多孔特性结构物会因低估波浪力数值而造成安全隐患;另外,结构物所受波浪力与海床孔隙率、颗粒直径、海床厚度及双层海床分布厚度及每层孔隙率密切相关. 其中,波浪力最大值随着海床颗粒直径的增加而递减,随着孔隙率的增大先增加后降低,且孔隙率会影响波浪力随海床厚度变化的趋势.      

考虑临近道路施工过程的在役桥墩墩顶位移演变规律研究

针对临近道路施工会通过改变在役桥墩桩基础桩-土界面的接触应力分布从而影响在役桥墩的墩顶位移特征这一问题,以重庆轨道交通3号线某在役桥墩为工程背景,利用有限元软件ABAQUS建立了描述临界道路建设过程中地基-基础-桥墩相互作用的三维数值模型,基于此模型分别研究了道路开挖、铺筑及运营对墩顶水平、竖向位移的影响.研究结果表明:路基开挖后,随着开挖深度(H)增加,墩顶水平位移会不断增大,墩顶竖直沉降则会不断减小,随着道路至桥墩边缘距离(L)的增加,墩顶水平位移不断减小,竖直沉降反而不断增大;道路铺筑后引起的桥墩顶部水平位移较路基开挖有减小趋势,竖向位移却有增大趋势;新建道路在后期运营中,交通荷载引起的桥墩顶部水平位移相对较小,而竖直沉降较道路施工引起的位移明显增大;在得出的墩顶水平位移随开挖深度的变化曲线中,墩顶水平位移从靠近道路到远离道路的转折点在道路施工中有所变化;在路基开挖中,当开挖深度约为1.8m时,墩顶水平位移方向发生变化;在道路铺筑中,当开挖深度约为2.6 m时,墩顶水平位移方向发生变化;在后期运营中,当开挖深度约为3.1m时,墩顶水平位移方向发生变化.     

三维波浪作用下钢吊箱围堰下放过程受力研究

为了解跨海大桥桥台施工过程中哑铃型钢吊箱围堰与波浪的相互作用,研究了围堰下放过程中所受的波浪力.基于RANS方程和k-ε湍流方程建立了波浪-围堰相互作用三维数值模型,并采用流体体积法捕捉自由液面.该模型不但考虑了钢护筒对围堰周围波浪场影响,而且考虑了围堰的整个动态下放过程.结果表明:钢护筒的存在以及围堰动态下放过程均会对围堰周围波浪场产生显著影响,考虑钢吊箱围堰动态下放过程时的受力较固定淹没深度处围堰的受力增大10%;随着波浪高度和波浪周期增大,钢吊箱围堰在下放过程中所受最大水平力呈现增大趋势.      

极端波浪作用下T梁与箱梁受力研究

近海桥梁常采用的箱形截面主梁与T形截面主梁由于几何构型差异较大，在极端波浪（海啸和飓风）作用下波浪力有较大差别. 分别以孤立波、椭圆余弦波模拟海啸和飓风波浪，基于RANS方程和SST k-ω湍流模型建立二维数值模型，采用VOF (volume of fluid)法追踪自由液面，对数值水槽造波效果及波浪力计算结果进行验证；在此基础上，分析海啸和飓风作用下波高及淹没系数对T梁、箱梁受力的影响，并比较二者受力差别. 研究结果表明:海啸波作用下,箱梁受到的水平力峰值小于T梁，最大差值接近箱梁水平力峰值的32%，箱梁的竖向力峰值大于T梁，最大差值接近T梁竖向力峰值的13%； 飓风波作用下，箱梁的水平力峰值小于T梁，最大差值接近箱梁水平力峰值的31%，且箱梁的竖向力峰值小于T梁竖向力峰值；相比于飓风波，海啸对桥梁主梁的作用力更大，对桥梁安全性威胁更大.      

波浪荷载作用下各向异性海床瞬态液化研究

为探究各向异性海床在波浪作用下的瞬态液化问题,采用有限元法求解RANS （reynolds averaged navier-stokes）方程及k-ε湍流模型进行数值造波,通过求解Biot多孔弹性方程获得海床瞬态响应,进而建立了波浪-各向异性海床耦合作用的二维数值仿真模型. 在完成对新建模型的验证后,基于此模型系统地研究了波浪及海床特性对各向异性海床瞬态液化的影响. 研究结果表明:海床瞬态液化深度随波高、周期增大而增大,随海床饱和度增大而减小;当海床垂向渗透系数在一定范围内时,海床最大液化深度随垂向渗透系数增大而减小,超出该范围时,海床垂向渗透系数对海床最大液化深度的影响不明显;海床瞬态液化深度对水平方向渗透系数的改变不敏感.      

不同连接属性下低桩承台重力式码头动力特性

为了研究不同连接属性对结构动力特性的影响,利用ABAQUS软件建立精细化有限元模型,对上下部结构采用锚固连接和摩擦接触两种连接方式形成的低桩承台重力式码头整体结构进行动力时程分析,研究两种连接属性所对应结构的地震响应规律。结果表明,在地震结束时,锚固连接结构的残余位移比摩擦接触结构小;摩擦接触结构水平峰值加速度之差大于锚固连接结构;锚固连接结构的最大与最小拉(压)应力均小于摩擦接触结构;摩擦接触结构最大动土压力值、最大与最小动土压力之比均大于锚固连接结构。