防船撞装置对桥梁下部结构波浪荷载的影响研究

以跨海航道桥梁安全为背景,研究防船撞装置对桥梁下部结构波浪荷载的影响.首先总结了目前工程中常用的桥梁下部结构波浪荷载计算方法,包括理论计算、模型试验和数值模拟,然后以岱山县鱼山大桥工程为背景,利用FLUENT软件对其主桥过渡墩及引桥独柱墩进行水动力计算,得到施加有防船撞装置后结构波浪荷载的变化.研究结果表明,对于复杂工...     

风-浪联合作用下大跨度桥梁车-桥耦合振动分析

为研究波浪对跨海桥梁风车-桥耦合振动系统的影响,针对跨海桥梁所处风大、浪高的极端环境,建立了波浪-风-列车-桥梁动力模型,将风场视为空间相关的平稳高斯过程,高速列车采用质点-弹簧-阻尼器模型模拟,精细化全桥模型通过有限元方法建立,考虑风-列车-桥梁之间的耦合作用,波浪作为外部荷载施加到该耦合体系中。以主跨532 m某海洋桥梁为例,通过自主研发的桥梁科研软件BANSYS （Bridge Analysis System）,分析了波高、风速、车速对耦合模型车辆和桥梁响应的影响。结果表明：风车-桥耦合振动体系的车辆和桥梁响应受波浪影响显著,车辆和桥梁响应在与波浪荷载一致的方向增加显著,15 m·s^-1风速下,考虑波浪影响的车辆横向加速度最大值约是不考虑波浪时的1.3倍,考虑波浪影响的跨中横向位移最大值约是不考虑波浪时的22倍,而在非一致方向波浪对车-桥响应的影响较小;不同风速下,波浪对车辆横向加速度影响显著,考虑波浪影响的车辆横向加速度约是不考虑波浪时的1.2倍,而车辆竖向加速度、轮重加载率、倾覆系数等指标主要受风速的影响;波浪基频与桥梁横向位移响应谱主峰频率一致,波浪已成为影响桥梁横向位移响应的控制因素;波浪减弱了车速对车-桥响应的影响,随着波高的增加,车辆和桥梁响应对车速的变化更不敏感。     

斜交箱梁桥静动力特性试验研究

斜交箱梁桥是一种整体式结构形式,受力特征与试验方法不同于正交结构。文中针对某5跨连续斜交箱梁桥工程实例进行静动力特性荷载试验研究,分析斜交箱梁桥在荷载作用下的结构响应,得出试验测点位置、测试截面及车辆荷载的布置方式采用斜向布置具有一定的合理性。     

深中通道西人工岛岛桥结合部受波浪力作用试验研究

波浪力作用下人工岛岛桥间易出现波能集中和雍水等情况，为了解该区域的力学性能及波浪特性，以深中通道西人工岛岛桥结合部为背景，开展缩尺比为1∶40的岛桥结合部受波浪力作用试验。分析岛桥结合部所受波浪力及波浪特性参数，结合规范公式对波浪特性参数的调整系数进行推导，并对桥梁进行结构优化。结果表明：深中通道西人工岛岛桥结合部最大顶托力、侧向力分别为4 126.66 kN、96.54 kN,最大压强为123.72 kPa,与设计值对比，结合部越浪量、波峰面高程、波浪力、最大压强调整系数取值范围分别为1.84～1.95、1.14～1.65、1.64～2.91、1.27～1.42;若采取整体抬高桥梁结构0.5 m的结构优化方案，半封闭区域水动力条件改善明显，越浪量和波浪力均能减少50%以上，建议条件允许时采用该方案。     

曲线箱梁桥日照温度效应分析

陔文详细论述了混凝土结构温度效应理论及其影响因素，并运用结构有限元分析软件ANSYS建立了曲线箱梁桥几何模型，分析了曲梁在温度荷载作用下的变形与应力，总结了曲线箱梁桥在日照温度荷载作用下的受力特点。     

消减波浪荷载的桥梁沉箱基础外形设计研究

基于波浪场中动水压强的空间分布特征,提出了消减跨海桥梁沉箱基础波浪荷载的方法:一是优化基础横截面外形,调节基础横截面外轮廓不同位置波浪压力的相位差,减小基础所受到波浪力和力矩;二是优化基础竖截面外形,减小水面附近波浪能量集中区域的截面尺寸,增大靠近海床面区域的截面尺寸,将基础下部的迎浪面设置为外伸斜面,利用斜面上波浪压力竖向分力产生的力矩抵消部分水平分力产生的力矩,从而消减桥梁基础上的总波浪力矩。对于大尺度矩形和圆端矩形截面的桥梁深水沉箱基础,基于势流绕射理论和边界积分方法进行分析,结果表明,相比于矩形截面,采用圆端矩形截面可有效减小基础的波浪力和力矩;相比于上下等截面的基础,采用下部迎浪面设置外伸斜面的基础可以大幅减小基础的波浪力矩。研究成果可为跨海桥梁深水基础设计提供参考。     

波形钢腹板组合箱梁桥荷载试验研究

为检验某新建波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板组合箱梁桥的施工质量及实际承载能力,分析该桥在等效车辆荷载作用下的静、动力特性,运用结构有限元分析软件MIDAS CIVIL对该桥建立有限元仿真模型。通过现场静载试验及动载试验,实测桥梁结构在等效车辆荷载下的静、动态数据并与理论计算值进行比对分析,以此验证简化模型的合理性和准确性,并对桥梁施工质量和实际承载能力做出评价。     

近海T形梁桥上部结构极端波浪作用试验

飓风引起的极端波浪是影响近海桥梁结构安全的重要灾种之一,曾在美国墨西哥湾沿岸造成了大量已建低矮跨海桥梁损毁。探究台风波浪对桥梁上部结构的作用机理,发展波浪作用力计算方法,对保证中国近海地区桥梁结构安全具有重要意义。为准确考虑台风极端波浪的频谱特征,使用连续聚焦波作为入射波,开展了不同波幅、峰值频率和净空的模型试验。试验基于Froude准则采用1∶25缩尺比进行设计,研究对象为T形肋梁桥,试验过程中观测了聚焦波作用下T形梁桥受到的水平和竖向波浪作用力。研究结果表明：采用连续聚焦波作为入射波,通过设置合适的聚焦波周期可以避免二次反射波对入射波的污染,确保试验结果的可信性;波浪作用力中包含了低频准静力和高频砰击力,砰击力峰值一般出现在波浪与结构接触的初始阶段;一般情况下波浪作用力随波幅增大而增大,但存在明显的非单调特征;T形梁桥波浪力随净空增大有明显的先减小后增大的趋势,但峰值频率为0.4 Hz的大波幅聚焦波在净空为2.0～3.0 cm时波浪作用力最大;基于试验结果拟合出的波浪力简便估算方法能够有效计算波浪作用力,可为T形梁桥抗波浪设计提供参考。     

跨海桥梁哑铃形围堰规则波浪力试验研究

为尽量准确地估算跨海桥梁哑铃形围堰的波浪力,开展波浪水槽试验。以某跨海大桥哑铃形围堰为原型,制作1∶60围堰模型,采用波浪水槽试验系统制造规则线性波,研究波浪周期、波高和波浪入射角对围堰波浪力的影响规律,并根据试验结果提出考虑结构尺度效应的哑铃形围堰最大波浪力简化计算方法。结果表明:随着波浪周期的增加,哑铃形围堰的纵向、横向波浪力呈先增加后减小的趋势,竖向波浪力呈增加趋势,长波条件下需重视竖向波浪力的作用;随着波高的增加,围堰各方向波浪力基本线性增加;随着波浪入射角的增加,纵向波浪力明显增加,横向波浪力呈先增加后减小的规律,入射角45°时波浪力最大;提出的波浪力简化计算方法能较准确地估算哑铃形围堰的最大波浪力。     

重型汽车荷载作用下简支梁桥的动力反应分析

基于结构动力学理论,视桥梁与车辆为一个相互作用的整体系统,建立了桥梁在移动车辆荷载作用下振动的计算模式.在分析中,汽车采用2轴模型,桥梁结构模拟为梁单元,统一列出车桥系统的动力方程,编制了计算程序.对实际预应力混凝土简支箱梁桥在重型汽车作用下的动力冲击效应进行了计算,并与轻型汽车荷载作用下产生的动力冲击系数进行了比较.     

在役预应力混凝土连续小箱梁桥承载能力试验研究

通过某省道重载交通下预应力混凝土连续小箱梁桥的动静载试验,了解了此类桥梁在试验荷载作用下的实际受力状态与结构性能,检验桥跨结构的强度和刚度是否满足设计和规范要求。结果表明：在静力试验荷载下,第一联桥(3×30)m各控制断面的实测应力与挠度均大于理论计算值;桥梁结构不具有满足设计荷载的强度和刚度,承载能力不满足要求;正常车辆动荷载作用下,试验桥梁的实测冲击系数在正常范围以内。     

规则波浪作用下对称八边形沉井受力数值模拟研究

为研究对称八边形沉井结构较传统沉井结构对周围流场遮蔽效应与受力激增的改善作用,采用数值模拟方法进行沉井结构受力特性分析。基于RNG κ-ε湍流模型及RANS方程,采用Flow3d软件建立水槽三维数值模型,在验证数值模型有效性的基础上,分析对称八边形、圆端形和矩形沉井结构在入射角为0°、30°、45°、60°、90°的规则波浪作用下,各结构周围流场的流速分布特性与波浪力,并与《港口与航道水文规范》(JTS 145—2015)的计算结果对比。结果表明：对称八边形沉井结构可有效改善传统沉井结构对周围流场的遮蔽效应与受力,使结构周围流场流速分布更均匀;与入射角为0°相比,入射角为30°～60°时,对称八边形、圆端形、矩形沉井结构所受的最大总水平波浪力激增1.5～1.8倍,建议在实际工程设计中考虑入射角的影响;入射角为90°时,规范计算的矩形沉井结构波浪力低于数值模型计算的对称八边形沉井结构波浪力。入射角为0°～90°时,规范计算的圆端形沉井结构波浪力均高于数值模型计算的对称八边形沉井结构,建议采用圆端形沉井结构计算方法指导对称八边形沉井结构设计。     

小半径曲线箱梁非对称增大截面加固分析与试验研究

曲线箱梁桥最主要的受力特点是弯扭耦合作用,其病害特征和加固方法存在显著的特殊性。该文基于曲线梁桥的3个基本方程,对其力学性能和受力特征进行理论分析,采用有限元软件对某曲线箱梁桥进行计算,分析导致该箱梁腹板开裂、内侧支座脱空、外侧支座偏压严重等病害产生的成因,并对加固后的曲梁桥进行试验测试。结果表明:采用非对称增大截面加固方法,增加两侧腹板厚度等加固措施,能显著提高结构的抗剪扭承载能力,结构受力趋于合理。由于加固箱梁新旧混凝土间存在应力叠加和界面滑移,导致增大截面应变小于原箱梁应变,应力有所滞后。桥梁荷载试验表明该加固措施效果良好。     

重型汽车荷载作用下简支梁桥的动力反应分析

基于结构动力学理论，视桥梁与车辆为一个相互作用的整体系统，建立了桥梁在移动车辆荷载作用下振动的计算模式。在分析中，汽车采用2轴模型，桥梁结构模拟为梁单元，统一列出车桥系统的动力方程，编制了计算程序。对实际预应力混凝土简支箱梁桥在重型汽车作用下的动力冲击效应进行了计算，并与轻型汽车荷载作用下产生的动力冲击系数进行了比较。     

波浪对桥梁结构的影响浅析

阐述波浪力对桥梁结构受力的计算理论,引入工程实例,运用计算理论得出实际工程中桥梁结构所受的上托力、侧压力、下压力和水平力,将其与模型试验结果进行对比,得出对工程设计较为实用的结论。     

波浪力作用下环岛桥梁受力特性研究

以广东珠海横琴新区某预应力混凝土连续刚构桥梁为例,针对桥梁上部梁体和下部墩柱所受波浪力,比选研究了波浪力计算方法,分析各种方法的差异和优劣;结合桥梁博士计算软件对桥梁在波浪力作用下进行受力分析。研究结果表明:波浪力的作用使主梁桥墩处拉应力增加;考虑波浪力时桥墩压应力比不考虑时要大;将边墩与主梁的连接模式由固结改为铰支,能减小桥墩次内力,从而降低桥墩高度。     

大跨度桥梁荷载试验结构变形测试与分析

采用桥梁静载试验是对在役桥梁安全评价的有效方法。文中通过对某5跨连续箱梁桥进行静荷载试验,利用有限元软件建立全桥数值仿真模型,分别分析该桥在2~3跨、3~4跨时L/2截面和L/4截面的挠度值;4号墩墩顶荷载下负弯矩值。经过测试,该桥在跨中截面最大的挠度值为11.1mm,而计算值为11.5mm。对3种荷载工况下的挠度值进行对比分析,得出该桥的实测值和理论计算值吻合较好,表明该桥具有足够的桥梁安全储备。     

跨海桥梁承台波流力计算方法与合成系数研究及应用

为研究跨海桥梁承台波流力计算方法与合成系数取值的适用性,给跨海桥梁承台波流力计算提供指导,基于承台波浪力和水流力计算理论,以平潭海峡公铁大桥SR54号桥墩为研究对象,通过物理模型试验,得到承台波流力与波浪力、水流力之和的比值(合成系数)。试验结果表明:对于桥梁基础承台波流力最大值可简化地取波浪力最大值与水流力最大值之和的1.04(合成系数)倍,在计算时可忽略桥墩和桩基的影响。将该方法应用于港珠澳大桥、平潭海峡公铁大桥以及某输变电工程电塔基础承台结构波流力计算,结果表明采用该方法的波流力计算值与模型试验值符合较好,具有较高的精度,可推广应用于同类跨海桥梁承台波流力计算。     

预应力小箱梁静荷载试验分析

以某预应力钢筋混凝土简支转连续小箱梁桥为工程背景,通过静荷载试验对桥梁进行分析、研究。将测试结果与结构按相应荷载作用下的计算值及有关规范的规定值作比较,经综合分析,对桥梁的安全度及承载能力做出评价,为此类桥梁的正常运营养护及加固维修提供技术依据。     

考虑抗扭性能影响的多梁式矮箱梁桥荷载横向分布计算

目前对于多梁式矮箱梁桥的荷载横向分布计算采用刚接梁法,或采用有限元软件建立模型计算,但以上2种方法都未将抗扭刚度的影响考虑在内。因此,以上采用的2种计算分析方法不能对结构的特性进行准确模拟计算,也不能十分准确地对桥梁技术状况以及承载能力进行评价。为此,基于传统刚接梁计算荷载横向分布方法,在建立柔度系数矩阵时加入考虑主梁和翼板的约束扭转作用,提出一种适用于多梁式矮箱梁桥的荷载横向分布计算方法。为验证该方法的正确性,以某20 m跨径预制PC箱梁桥为对象,采用考虑抗扭刚度、未考虑抗扭刚度的刚接梁法和有限元数值模拟方法（梁格模型和板单元模型）计算其荷载横向分布系数,并与场地试验（中载和偏载2种工况）实测结果进行验证对比。结果表明：所提出的横向分布计算方法比未考虑箱梁主梁和翼板扭转的刚接梁法计算精度更高,也更接近实桥受力特点;同时,梁格模型、板单元模型与所提出的横向分布计算方法所得计算结果整体趋势基本上一致,相比于有限元数值模拟计算结果,采用该横向分布计算方法所得应变和挠度横向分布与实测结果更为接近,且偏差都在20%以内;该方法可在现场场地试验和桥梁承载能力评定中替代复杂的有限元数值计算方法,为预制矮箱梁桥场地试验和桥梁技术状况及其承载能力的评定提供较为准确的理论参考依据。