哑铃型桥梁结构畸形波浪力水槽试验及简化算法

为研究畸形波浪参数对新型哑铃型桥梁结构波浪力的影响,开展一系列波流水槽模型试验.首先,分析谱峰频率、频率范围及聚焦位置对哑铃型桥梁结构周围的波面时程图及波峰的影响;其次,阐明上述波浪参数对结构畸形波浪力时程图及波浪力峰值的影响规律;最后,基于经典绕射理论,提出适用于新型哑铃型桥梁结构畸形波浪力谱的简化计算方法.研究结果表明：谱峰频率、聚焦位置及频率范围对结构周围的波面位移影响均较小,差异均小于3%.谱峰频率和聚焦位置对哑铃型桥梁结构畸形波浪力有较大影响,当谱峰频率从0.6 Hz增加到1.1 Hz时,顺波向波浪力呈先增后减的变化趋势,变化幅度最高达11.0%,垂向浮托力则下降了57.0%;当频率范围从0.5 Hz增加到0.8 Hz时,顺波向波浪力下降了2.1%,垂向浮托力增大了5.9%;当聚焦位置从结构物的迎浪侧移动到背浪侧时,引起的结构顺波向波浪力变化幅度小于5%,垂向浮托力变化幅度小于3%.经过试验数据和理论分析结果的对比表明,基于绕射理论提出的简化算法可有效计算畸形波作用下哑铃型桥梁结构的波浪力谱模型.     

基于LES的跨海桥梁施工期围堰波流力数值模拟

跨海大桥基础施工可能面临水深、浪大和流急等恶劣海况,波流力甚至可能成为围堰施工的主要控制荷载. 为研究跨海桥梁施工期围堰波流力,采用垂向多层σ坐标变换模型追踪三维波流自由液面,添加浸没边界法（IBM）处理不规则结构物界面,建立了基于LES的三维波流与结构物相互作用的数值模型,利用所建立并验证的三维数值模型模拟不同长宽比的矩形围堰与斜向波流的相互作用. 分析结果表明:所建立的三维数值模型能够较好地模拟矩形结构波流力;长宽比为1.0时,由于结构的对称性,波流入射角对围堰总波流力影响很小,增幅均在5%以内;随着长宽比的增加,波流入射角对围堰总波流力的影响增大;如长宽比为2.0时,波流沿纵桥向入射时（90°）结构的总波流力约为沿横桥向入射时（0°）总波流力的2.48倍. 与纯波情况相比,矩形围堰波流力普遍比纯波力偏大,但入射角对结构纯波力或波流力的影响系数较为接近.      

不同变位模式黏土非极限被动土压力试验研究

为了揭示墙体平动和转动模式下黏土非极限被动土压力分布规律,采用自制模型箱,进行了墙体平动和转动模式下黏土非极限土压力试验,研究了墙体变位模式以及墙体位移大小对侧土压力的影响规律细化方法,首先进行了室内试验,得到了黏土的基本物理参数,其次进行了模型箱和测试仪器的固定安装,最后进行了挡土墙平移模式（T模式）、绕墙顶转动模式（RT模式）以及绕墙底转动模式（RB模式）3种模式下的土压力试验. 试验结果表明:T模式下,非极限侧土压力沿墙体深度的增加总体趋势增大,局部会有减小趋势,总体接近线性分布,当土体达到极限破坏时,靠近加载墙体处土体表面形成阶梯状错层;RT模式下,侧土压力随墙体的深度总体接近凹曲线分布,上部侧土压力随深度增加较慢,下部侧土压力随深度增加较快,当土体达到极限破坏时,靠近加载墙体处土体表面产生裂纹,模型箱中部土体表面鼓起;RB模式下,侧土压力随墙体的深度的增加先增大后减小,总体接近凸曲线分布,当土体达到极限破坏时,靠近加载墙体处土体表面形成阶梯状错层,其阶梯状错层范围要小于平动模式工况;三者非极限侧土压力合力随着压缩位移的增大而增大,当压缩位移相同时,RT模式下土压力合力与T模式下土压力合力比值在0.53～0.97之间,RB模式下土压力合力与T模式下土压力合力比值在0.65～0.83之间. 结论中是否有可以量化的数据,参考附件模板修改.      

水下悬浮隧道管段结构流阻特性分析

为探讨结构断面形状对悬浮隧道管段表面压力分布的影响,采用ANSYS流体模块RNG(renormalizationgroup)k-ε湍流模型,对圆形、多边形、曲边形和椭圆形4种断面的悬浮隧道管段海水绕流场进行了数值模拟,分析了绕流场及管段表面的压力分布特点.结果表明,同种断面悬浮隧道管段表面的压力分布规律相同,压力值随来流速度变化明显;管段曲率是影响绕流场的重要参数,海流在流线形断面上分离晚,表面压力下降较慢,降低了管段上的海流阻力.     

某大桥双壁钢围堰结构的三维有限元分析

某特大桥桩基础承台尺寸为10.4m×7.6m,水深11.78m,采用钢围堰排水浇筑施工。为了较准确了解初定钢围堰结构的内力和变形情况,确保工程施工安全,对该钢围堰用ANSYS软件进行了三维有限元静力分析和模拟。分析结果指出,该围堰结构局部杆件需要加强,而有些杆件还可进一步优化,以节约成本。从而说明对于这类复杂工程,进行施工全过程三维有限元分析和模拟是完全必要的。     

刚性非淹没植物对孤立波传播影响的三维数值研究

通过使用OpenFOAM模拟三维数值波浪水槽,研究了刚性非淹没植物对孤立波传播的影响.观测孤立波通过刚性非淹没植物模型前、后波高的变化,并对比模型前、后两处浪高仪位置波面历时曲线的模拟值和实验值,验证了数值计算的可靠性.计算并比较了波浪反射、透射及波能耗散等相关系数的实验值和模拟值,分析了相同初始条件下孤立波通过不同植物密度和布置形式的刚性非淹没植物时水动力特性的沿程变化,从而得到了设计的工况中刚性非淹没植物在极端波况下的消浪效果.模拟结果也表明OpenFOAM能够较好地应用于三维数值波浪水槽的相关研究.     

双列可渗潜堤消波性能实验

开展坡度为1∶35复式斜坡床面上的波浪水槽试验,研究规则波与椭圆余弦波在斜坡床面上双列梯形透水潜堤的消浪特性,探讨相对堤顶水深R/H和孔隙率k因素对双梯形透水潜堤的透射系数与反射系数的影响.实验结果表明:潜堤的相对堤顶水深R/H是影响可渗潜堤消浪效果的重要因素,椭余波的透射系数随相对堤顶水深的增大表现为先增大后减小;可...     

动水压力对高桩承台连续刚构桥地震反应的影响

以某高桩承台连续刚构桥为工程背景,采用Morison方程计算不同水深时的动水压力,并利用纤维模型对地震作用进行非线性时程反应分析。结果表明：动水压力会改变桥梁的自振特性,随着水深的增加,桥梁地震反应也越来越大,在进行桥梁设计时应考虑动水压力的影响。     

岛屿掩护下的工程海域波浪场的数值模拟

近海海域的岛屿对港口工程建设,尤其是对其海域的波浪场分布有着一定的影响。运用第三代浅水波浪模式SWAN,对该工程问题进行探讨。在波浪场模拟方面,选取了我国海南省的洋浦港作为实际模拟地形。讨论了原始地形及工程建设后,通过SWAN模式模拟出的有效波高等值线分布图,并且比较了有无绕射作用项后的区别、各波浪方向的波高图,得出考虑绕射作用在有障碍物存在(如岛屿等)地形下的重要性。     

斜坡上潜堤消浪特性的试验

根据影响因素理论,进行水槽试验.选取梯形潜堤作为研究对象,采用规则波作为入射波,探讨波浪三要素(波高、水深和周期)变化时潜堤前、后波高变化规律.选取相对水深a/Hi、波陡Hi/L及相对安放位置dl/SL作为研究重点,研究结果表明:堤顶相对水深是影响潜堤消浪效果的最主要因素;且随着堤顶水深增大,潜堤消浪效果减弱.     

三维波浪作用下大直径圆柱绕流的数值模拟

为探讨三维波浪与结构物的相互作用,以两相流概念、大涡模拟的不可压缩粘性流体运动方程和自由水面追踪分段线性近似的流体体积(VOF)法为基础,建立了三维波浪与结构物相互作用的数学模型;对三维波浪作用下大直径圆柱绕流进行了数值模拟,用两步边界定位法和虚拟边界力法确定波浪与结构物接触面.结果表明:大直径圆柱绕流系数的数值计算结果与理论解吻合,所建立的数学模型能够很好地模拟三维波浪与结构物的相互作用.     

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.     

高速列车隧道交会压力波特性

采用基于有限体积方法的计算流体力学软件,建立了列车几何模型和非定常可压缩湍流的三维流动模型,对高速列车隧道内等速和不等速交会的全过程进行了数值模拟。在软件的任意滑移界面动网格技术中嵌入了列车光滑启动方法,研究了列车交会过程中隧道断面的压力波动、流速变化和压力波的形成过程。研究结果表明:基于三维流动模型的计算结果能够清晰地展示高速列车隧道内交会时的压力场与速度场变化情况,同一隧道横截面上各点的压力波动趋势与断面压力均值的波动趋势虽然一致,但不同测点的压力差异较大,最大可达53.5%;等速交会时隧道中央的交会压力变化幅值最大,负压峰值达到约-7kPa;不等速交会时高速列车车体正压峰值与负压峰值均随低速列车速度的减小而减小,而低速列车比高速列车的正压峰值大约1.5kPa;两列车鼻尖交会处的隧道断面压力波负压峰值与低速列车速度的二次方近似成正比。     

升温荷载作用下整体式桥梁台后土压力计算方法研究

以黑龙江富裕县整体式桥梁为工程背景,进行整体式桥梁台后填土的物理力学性能和土压力监测试验,建立三维有限元模型,采用非线性p-y曲线法计算分析整体式桥梁桥台在升温荷载作用下与土体相互作用,并将几种经典理论的计算值与实测值对比分析,研究了整体式桥梁在升温荷载作用下台后土压力的简化计算方法。研究结果表明:升温时,整体式桥梁台后土压力沿台高呈非线性分布,采用非线性p-y曲线法计算台后土压力分布规律与实测土压力的分布规律一致;基于K(土压力系数)与Δ(台顶位移)/H(桥台高度)关系计算的台后土压力合力与实测值的比值介于0.944~1.003之间,精度可满足工程要求。     

主、副隔舱式大圆筒人工岛围堰的稳定性分析

对于建设在软土地基上的跨海桥隧人工岛,采用主、副隔舱式大圆筒围堰是一个非常适合的结构方案,因尚无规范可循,其稳定性亟待研究。结合某工程,通过三维弹塑性有限元计算得出：施工期在围堰内、外侧土压力和水压力差的共同作用下,大圆筒结构的稳定性安全系数最小。当增加大圆筒结构的入土深度并且筒底下沉至持力层时,结构稳定性大幅提高。施工期在波浪荷载作用下,主、副隔舱式大圆筒围堰结构的变位模式主要为绕筒底以上靠近筒底处的某点发生转动变位。施工期大圆筒围堰在内、外侧土压力和水压力差的共同作用下,结构的变位模式主要为平动,并伴随一定的转动,转动点位于大圆筒筒底以下。并且当大圆筒入土深度增加后,结构的转动运动模式更加明显。极限状态时,筒壁与海侧土体间发生了分离现象,并且大圆筒入土深度浅时筒土分离的区域比较大。该研究成果可为类似结构的设计和应用提供参考。     

基于湍流模型的船舶运动及吃水变化数值求解

以规划中的台州港黄礁作业区为例,运用湍流模型对船舶受重力、浮力、惯性力和摇荡运动产生的波浪扰动力、辐射流体力以及流体粘性力进行数值计算分析。结果表明:(1)设计等级为5万吨级的进港航道,拟运营的29000t油船在此进港航道中的富裕水深为4m;(2)波向对于船舶航行时富裕水深影响较大:迎浪时波浪对于船舶富裕水深影响为1.3m,横浪对船舶富裕水深影响为2.75m;(3)在进港航道回淤不超过3.6m,航速不超过5kn的情况下,此船舶仍然能够安全进出港。研究成果为其他港区计算分析船舶吃水、富裕水深及维护频次提供参考。     

双壁钢围堰三维整体与平面模型仿真计算分析

双壁钢围堰是桥梁深水基础施工的重要设施,结合安徽太阳河大桥双壁钢围堰的结构特点,介绍了一种区别于传统的以单个构件为检算目标的大型双壁钢围堰的设计检算方法,即将结构三维整体仿真计算引入双壁钢围堰的设计过程,提出了以结构整体为研究对象的设计思路,并与钢围堰的平面简化模型计算结果进行了比较分析,说明这种计算方法能更好模拟围堰的受力情况,结果合理可靠。     

日照港工程波浪计算分析及其应用

本文在对日照港多年波浪要素分析的基础上,采用考虑波浪折射、绕射、反射以及波能损耗等多种物理过程的波浪数学模型研究日照港波浪要素,综合计算两种水位、三个波向两年一遇组合情况下日照港码头扩建前后的港池内波浪要素,对港池泊稳条件进行分析.计算结果表明:日照港西港区扩建工程对港池波浪影响不大,而防波堤的建设对港池内波浪要素影响很大,使得港池内波浪普遍变的平坦,有效的掩护了港池区域,防浪效果明显,符合港区内的泊稳条件.     

高速铁路加筋土挡墙动响应规律现场试验

为研究土工格栅加筋土挡墙在高速列车荷载作用下的动态响应规律并分析其作用机理,设计并进行了现场激振试验,研究了加筋土挡墙内加速度、动土压力等动态响应的分布规律,并进行了不同墙面形式挡墙动态响应规律的对比分析.研究结果表明:加筋土的竖向加速度随加载次数的增加基本没有变化;靠近墙面处水平动土压力沿墙高呈单峰值分布,峰值位于2/3墙高处;随加载次数的增加,垂直动土压力增长很小;在顶部不到1/3墙高的范围内,竖向加速度衰减了87%~91%,垂直动土压力衰减了86%;模块式加筋土挡墙具有刚度大、变形小、整体性好等优点.     

地震与滑坡碎屑流引发堰塞湖涌浪动水压力研究

为了研究堰塞湖水体在地震以及同震滑坡碎屑流共同作用下产生的涌浪动水压力,设计了振动台造波模型试验,开展了地震作用下堰塞湖涌浪动水压力试验,获取单独地震作用下动水压力数据并同已有地震动水压力计算公式进行比较;开展了滑坡碎屑流作用下的堰塞湖涌浪动水压力试验,获取单独滑坡碎屑流作用下动水压力数据,进而建立了计算滑坡碎屑流作用下的堰塞湖涌浪动水压力的统计公式;开展了地震和滑坡碎屑流综合作用下的堰塞湖涌浪动水压力试验,最终建立了复合动水压力的计算公式. 研究结果表明:地震涌浪动水压力与水深和地震峰值加速度的关系可用Westergaard公式描述;滑坡碎屑流涌浪动水压力与初始水深负相关,与碎屑流入水速度和碎屑流体积正相关;复合动水压力小于单独地震动水压力和单独滑坡碎屑流动水压力二者之和,约为二者和的51%～95%.