桥梁锚碇基础水化热仿真模拟

以宜昌某在建大桥大型隧道锚为工程背景,利用Midas有限元分析软件对水化热产生的温度场进行计算模拟,防止由于水化热过大产生温度裂缝。分析了不同胶凝材料用量、冷却水管不同布置方式对大体积混凝土水化热的影响,并提出临界厚度。建模分析结果表明,水泥用量降低会导致水化热减少,每方混凝土增减10 kg水泥用量,会使得水化热产生的温度增减1℃。通过布置冷却水管,能够有效降低水化热,降温效果比改变胶凝材料用量要好,是降低大体积混凝土水化热直接有效的方式。提出临界厚度的概念,混凝土浇筑厚度大于临界厚度时,需要采取人为措施来降低水化热;浇筑厚度小于临界厚度时,不布置冷却水管也能使内外温差控制在规范限值之内。     

旋挖钻孔施工对临近地铁隧道结构影响的研究

基于广州洛溪大桥拓宽工程现场监测数据,对旋挖钻孔时临近隧道结构的变形进行分析,以研究旋挖钻孔成桩技术对临近地铁隧道结构的影响。该工程中,当桥梁桩基距离地铁盾构边线超过7 m时,采用旋挖钻机成孔施工方法;当桩基与地铁盾构边线的距离减小至约3.0 m时,采用旋挖钻机与全套管全回转钻机联合成孔施工方法。现场监测结果表明,桩基施工过程中,地铁隧道监测点平行于隧道中轴线方向的累计位移最大值为2.41 mm,垂直于隧道中轴线方向的累计位移最大值为1.94 mm,垂直于地面方向的累计位移最大值为2.02 mm,均在合理范围内。地铁左、右轨道差异沉降值存在超过2 mm但小于3 mm的现象,道床平顺度也存在个别监测值超过2 mm/10 m但小于3 mm/10 m的现象。本工程旋挖钻孔施工方法对地铁隧道变形影响较小,但左右轨道差异沉降与道床平顺度应该受到重点监测。     

动水压力对连续刚构桥梁地震响应的影响

为了研究地震作用下深水薄壁空心桥墩内外域水体动水压力对连续刚构桥梁动力响应的影响,应用流固耦合有限元理论,考虑重力、纵向预应力和动水压力,建立了庙子坪岷江大桥连续刚构桥梁的计算模型,并采用实测的地震波进行计算.结果表明:动水压力对连续刚构桥梁自振频率和振型的影响不大,前30阶频率降低率最大值约为8％,箱梁各部分横向位移峰值增量在10％～20％之间,主墩内力峰值增量最大值约170％,箱梁内力峰值增量最大值约75％;地震加速度、桥墩入水深度是影响动水压力的重要因素.     

桥梁墩柱三维绕流特性精细化研究

为了深入研究桥梁墩柱水流力的特点及产生机理，对典型桥墩模型考虑自由液面影响时的三维绕流展开了精细化研究. 采用ANSYS FLUENT 作为数值模拟工具，研究了整个墩柱阻力和升力特点，并将墩柱模型从柱底到柱顶划分为5个分段，对比了各个分段阻力、升力特点及沿着水深的变化规律，进一步分析了自由液面、底部边界对漩涡结构的影响，阐述了流场三维特性与墩柱水流力之间的关系. 研究结果表明:墩柱水流力沿着水深是非一致分布的，墩柱分为5段（c1～c5），其中c1～c4分段阻力均值与圆柱整体受力的比值分别约为25%、30%、25%、20%，c5分段处于空气中受力贡献近似为0；另外阻力振幅、升力振幅中下部较大，而底部、中上部、液面处较小；漩涡交替脱落导致墩柱左右两侧自由液面交替起伏，自由液面对漩涡产生抑制作用，自由液面处产生多个尺度不同的漩涡，这与液面下仅有两个交替脱落的漩涡是不同的；墩柱中下部漩涡脱落比其余位置有所滞后，导致柱体不同分段处升力有明显的相位差；墩柱升力振幅与阻力均值分别为5.511 N和3.695 N，相差不大，升力引起的桥墩或桥梁的振动不可忽视.      

洞口对低矮房屋海啸作用力的影响

为研究门窗及屋面板洞口对低矮房屋海啸作用力影响,在试验水槽中通过溃坝方式模拟海啸涌波,开展不同来流波高时低矮房屋海啸作用力模型试验. 分析了门窗、屋面板开洞率、开洞位置对低矮房屋海啸力的影响机理和影响规律,提出了开洞率、开洞位置影响系数. 研究结果表明:有门窗洞口时,海啸水平作用力最大值发生在波动段,并且最大值发生时刻随开洞率增大而延后,开洞率越大海啸水平力越小;门窗洞口竖向位置越接近海啸涌波高能区域时,海啸作用力最大值越小;屋面板较小的开孔即可释放裹挟空气,降低屋面板底部压力,减小结构似平稳阶段的竖向力,屋面板开孔能导致结构水平海啸力增大约20%,需要引起重视.      

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。     

波流与地震共同作用下深水桥墩动力响应分析

为了揭示深水环境中波流与地震共同作用下桥梁下部结构与水耦合作用机理,基于非线性Morison方程,建立了波浪、水流和地震联合作用下结构动力学方程,通过有限元离散,计算了某深水桩-承台-桥墩结构体系的动力响应,并分析了不同波流要素对该结构体系动力反应的影响.研究结果表明:波流与地震之间存在相互影响,波流对地震响应的影响范围为-31.6%~63.5%,这种影响不仅改变地震响应幅值本身,而且改变幅值出现的时刻,还将使得波流、地震联合作用下流场激励频率介于纯波流场激励频率和地震激励频率之间,因此有必要进行波流与地震的联合作用分析;当波流作用在承台及以上位置时,桥墩的动力响应显著增大,在实际工程建设中须引起重视,有必要选用承台高出水面的高桩承台.      

深水桥梁墩水耦合抗震分析方法

为正确采用动水压力计算方法,提出了一种新的深水桥梁墩水耦合计算方法结合法,即将Morison方程与计算流体力学相结合,分析深水桥梁墩水耦合抗震问题.ANSYS-CFX模型计算表明:结合法能较好地进行墩水耦合抗震分析;深水环境使墩顶最大弹性位移减小,最大刚体位移增大,结构整体变形增大;刚体运动附加动水力对桥墩起主要作用,但应同时考虑弹性振动引起的动水压力.      

波流作用对深水桥梁地震响应的影响分析

为研究波流作用对深水桥梁下部结构地震响应的影响,采用ANSYS-CFX软件建立圆形截面桩-水耦合数值模型,计算波流与地震作用下桩的位移和应力响应,分析不同波流(相对水深比、相对流速比、波陡、周期、方向角和相位角)作用下的地震响应。结果表明:随着水深的增加,波流对地震响应的影响增大;相比弱流强波,强流弱波对地震响应影响要显著;波高对地震响应影响与波高大小呈线性关系;波流荷载并不总是起到加大地震响应的作用,波流与地震作用方向角和时间相位差会随机削弱或加强地震响应;波流对地震响应影响可达56.5%,在跨海深水桥梁抗震分析时波流作用的影响不容忽视;6个因素中,周期影响最显著,准确地概化波浪有效周期对结构设计安全至关重要。     

洛溪大桥拓宽工程双壁钢围堰结构受力分析

为了研究洛溪大桥拓宽工程Z3^#主墩承台所用八边形双壁钢围堰挡水结构的力学性能，采用有限元软件ANSYS对该钢围堰关键施工阶段的受力特征进行仿真分析，以保证钢围堰在施工阶段的安全性。研究结果表明：1)钢围堰内封底混凝土达到设计强度，且围堰内的水抽干时所对应的工况为最不利工况，此时结构的最大变形为7.18 mm,出现在围堰横桥向壁板的中部；2)结构的最大应力为180.25 MPa,出现在水平横撑棱角附近，其中水平横撑处于第2节围堰下端至第1道内支撑的中间位置；3)在施工阶段中，八边形双壁钢围堰的变形和最大应力均小于设计值，结构刚度和强度满足要求。