中小跨径双柱式高墩桥梁横系梁对抗震性能的影响

通过对地震中双柱墩桥梁的震害调查分析总结认为在双柱式高墩之间加设横系梁对桥梁下部结构在地震作用下的受力状态具有很大影响.采用SAP2000有限元软件对某跨径为30 m双柱式高墩连续梁桥进行模态分析和反应谱分析.分别讨论了横系梁的数量、不同的布置方式以及不同的截面几何尺寸对桥墩在设计地震动作用下的各主要关键截面处内力的影...     

深水高墩连续刚构桥施工期流固耦合动力响应研究

为了解流固耦合作用对深水高墩连续刚构桥施工期力学性能的影响,以南流嘉陵江大桥为背景,建立桥梁施工全过程流固耦合有限元模型,分析不同流速、水深对群桩基础桥墩阻力及横向力的影响,研究泄洪状态下桥墩周围流场及水流应力随时间发展规律,以及泄洪状态下各关键施工阶段桥梁结构动力响应规律。结果表明：流固耦合作用对桥梁结构影响不可忽视;桥墩所受的阻力及横向力随水深、流速的增大而增大,且与水深、流速成非线性关系;水流作用下不同位置桥墩的动力响应不同,迎流侧桥墩桩柱所受冲击力大于下游侧,上、下游桥墩桩柱间产生回流现象;T构悬挑长度越大,桥梁结构动力响应越敏感。     

基于Midas-civil圆形双柱式墩结构承载能力影响因素分析

在我国公路桥涵设计中,大多设计院采用本单位的惯用设计,设计保守且不经济,不同设计者设计的墩身截面尺寸差异很大.根据对某一高速公路的桥墩结构,统计分析不同桥墩结构的使用情况,以及墩高相似时不同设计院的设计差异,应用有限元软件Midas-civil,对通常使用的圆形柱式墩结构的承载力进行了计算,分析了墩身截面尺寸、截面配筋、墩柱高度等因素对圆形双柱式墩承载力的影响,并对30 m圆形双柱式墩截面尺寸进行了优化.     

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。     

流固耦合与非流固耦合在深基坑模拟中的对比分析

在深基坑支护结构的设计与计算分析中,地下水的影响是一个极为重要的课题。现有的计算模型较为常用的为流固耦合模型和非流固耦合模型。以某基坑工程开挖与支护为研究对象,运用ABAQUS软件,分别用流固耦合与非流固耦合计算,分析了基坑开挖过程中的结构与土体变形特点,以及流固耦合模型中降水时的孔隙水压力变化情况。与不考虑水作用的非流固耦合模型相比,考虑水压力作用以及流动的流固耦合计算模型的土体与结构变形值趋势一致,但计算结果偏大,流固耦合模型能反映出基坑降水作用的机理与效果,因此应尽量采用流固耦合的方法进行计算与分析。     

洪水期紊流与桥梁临时结构流固耦合效应分析

以长联大跨桥梁施工期间临时栈桥钢管桩基础为研究对象,利用空间有限元程序ANSYS,分析了钢管桩在洪水期深水状态下的流固耦合效应,比较了洪水期水流对结构振动特性的影响,并通过谐响应分析模块计算了可能引起结构共振的频率范围,最后提出了相关构造措施,实现了对紊流与桥梁临时结构的振动控制,保证了洪水期桥梁临时结构的安全性。     

预应力混凝土箱梁桥日照温度效应计算软件的编制

根据热传导理论建立预应力混凝土箱梁桥日照温度分布的分析模型,该模型考虑气候条件、桥梁地理位置、方位、材料特性、结构尺寸、翼缘板对腹板的遮阴作用等各种因素的影响,再通过热结构耦合方法将截面上各处不同的温度转换到结构单元的截面上,从而实现箱梁桥温度应力和温度变形的计算,对ANSYS进行二次开发,利用APDL、UIDL和TCL/TK将上述功能内嵌于ANSYS软件中,方便使用.     

降雨入渗对台阶式加筋土挡墙稳定性影响分析

经大量研究,发现水是影响加筋土结构力学特性和破坏机理的重要因素.基于多孔介质的有效应力原理,依据流固耦合理论,建立了降雨条件下台阶式加筋土挡墙结构的流固耦合数值计算模型.应用有限差分软件FLAC3D,仿真模拟了墙体内的孔隙水压力、流速的分布和塑性区发展趋势等.结果表明,在强降雨条件下,由于墙体内孔隙水压力的变化导致土体...     

几种常见形式的等效阶梯截面

针对许多平面杆系桥梁分析软件仅提供梯形分块法的截面尺寸输入方式和截面几何特性已知或者有解析表达式的带有曲边的截面不便直接使用梯形分块法的问题,利用桥梁结构平面计算中截面等效的概念,提出了等效算法,构造了节线数不多于6的等效阶梯截面,推导了等效阶梯截面几何要素的一般计算公式,给出了圆形、圆环等几种常用截面形式的不多于6条节线等效阶梯截面尺寸计算的具体而又简捷的公式.     

考虑流固耦合作用的大跨度桥梁风振响应研究

为更准确研究大跨度桥梁的风致振动特性,为设计提供更可靠的方法,对考虑流固耦合作用的大跨度桥梁风振响应进行了研究。介绍了一种流固耦合分析的强耦合方法,同时求解流体控制方程和结构控制方程,计算出全场变量值。给出了与求解方法相应的湍流模型和边界条件。对大跨度悬索桥进行了风振响应分析和颤振分析,与已有文献进行了结果对比。研究表明:发生颤振时,考虑流固耦合作用时桥梁的颤振临界风速要小于不考虑流固耦合作用时的情况,其风振响应要大于不考虑耦合作用的风振响应,说明在气动弹失稳的情况下,流固耦合作用加深了结构的不稳定性。结果表明流固耦合效应对于大跨度悬索桥风振响应有重要影响,强耦合计算方法可以较准确地预测其风致振动特性。     

液力变矩器流固耦合研究

液力变矩器上作过程巾流体与结构的耦合作用不仪影响其性能,还会产生液流激振力,导致结构的振动疲劳共至破坏.基于MFX-ANSYS/CFX耦合平台,研究了流固耦合问题的求解方法及其关键技术.采用有限体积离散方法、SIMPLE速度一压力耦合算法、切应力输运(SST)湍流模型以及非结构化网格,对液力变矩器的流固耦合作用进行了数值模拟,分析了其耦合特性,对液力变矩器涡轮叶片结构的优化没计进行了验证.     

连续刚构双片墩尺寸优化设计

分析了连续刚构桥梁双片墩墩身在温度荷载作用下的内力、应力与墩身截面形式、主要尺寸的内在关系,给出了墩身截面最佳尺寸计算公式,明确了确定墩身尺寸的方法和原则。     

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。     

基于流固耦合理论的山洪泥石流浆体作用下双柱墩的动力响应分析

山洪泥石流冲击双柱墩是一个复杂的过程,本文选用Bingham流体模型作为山洪泥石流浆体的本构模型,首先在三维湍流k-ε模型的基础上,考虑山洪泥石流特点,应用CFX对某地发生的山洪泥石流浆体进行数值模拟;然后通过ANSYS建立了山洪泥石流浆体与双柱墩的流固耦合模型,实现了山洪泥石流浆体冲击双柱墩的全程模拟,从而对双柱墩在不同参数的山洪泥石流浆体冲击作用下的响应情况进行了分析。结果表明:山洪泥石流浆体的密度、流速、冲刷水头高度对双柱墩的冲击力影响极大,又揭示了流固耦合效应导致了墩底的冲压坑洞,还证明了基于动量守恒的流体动压力法可近似计算山洪泥石流浆体冲击双柱墩时的冲击力,可为类似防灾工程提供参考。     

新型SCEB力学性能及其在双柱式桥梁结构中的应用

基于结构"保险丝"概念和减小残余位移的目的,提出采用自复位耗能支撑(SCEB)应用于双柱式桥梁结构的设计理念。首先提出一种新型SCEB-自复位防屈曲支撑,阐明其工作机理并通过试验验证了其力学性能;然后基于新型SCEB的力学性能,建立附加SCEB双柱式桥墩结构的恢复力模型,并给出双柱式桥墩结构中新型SCEB的设计方法,通过合理设计SCEB使其先于桥墩屈服并耗能,可减小主体结构墩身的地震损伤,并且能够有效控制桥梁结构震后的残余位移;最后基于OpenSees软件平台,验证SCEB应用于双柱式桥梁结构中的可行性和有效性,并对附加新型SCEB的双柱式桥梁结构进行抗震性能分析。新型SCEB试验结果验证了合理的设计能够实现新型支撑具有稳定的耗能能力和良好的自复位功能,其力-位移滞回曲线呈明显的旗帜形特征;数值模拟结果不仅验证了附有"保险丝"构件的新型耗能桥梁结构的抗震性能优于传统横系梁桥梁结构,还验证了SCEB作为"保险丝"附加在桥梁结构中的有效性;附加新型SCEB的双柱式桥梁结构与附加传统BRB双柱式桥梁结构相比,在提高桥梁结构横向刚度的同时,对桥墩主体结构具有更好的保护作用和耗能能力,特别是能够减小甚至消除桥梁结构的残余位移。     

考虑海域水位变化的船撞桥流固耦合分析

为研究水流对船撞桥过程的影响及水位对桥梁动力响应的影响,以金塘大桥非通航孔段连续梁桥为背景,采用ANSYS-LSDYNA软件建立流固耦合和附加质量2类船撞桥模型,分析流体对撞击过程中撞击力和能量转移的影响以及不同水位下桥梁各构件的动力响应,并通过缩尺模型试验验证流固耦合模型的正确性。结果表明:采用流固耦合法计算的撞击力幅值较附加质量法大15%左右;直接受撞区、桩基承台连接处、桥墩承台连接处是桥梁遭受船撞时的高危应力区;水位越高,撞击时桥梁上部构件的位移越大;低水位下,船舶直接与桩基发生碰撞,对桥梁下部结构的潜在破坏较为严重。     

山区高墩大跨桥梁静力三分力系数参数影响研究

以某山区高墩大跨桥梁为工程背景,采用专业CFD软件Fluent对其主梁不同截面、不同风工况下的风场特征进行了数值仿真分析,分析梁高、风攻角、桥梁横坡等参数对桥梁主梁截面静力三分力系数的影响,对各参数的影响规律进行总结。利用Fluent软件后处理图形显示功能,分析了典型工况下箱梁截面周围的气动流场特征。分析结果表明:梁高、风攻角、截面横坡均为主梁截面三分力系数的影响因素,高墩大跨桥梁主梁为钝体结构,梁高越高,在风场中的钝性特征越明显。     

地震作用下深水桥墩流固耦合数值模拟方法研究

以一深水圆形高墩为研究对象,运用有限元数值分析程序,分别基于势流体理论和粘性流体Navier Stokes(N-S)方程建立地震动加速度、位移输入方式下三维流固耦合分析模型,通过对比不同流固耦合模拟方法下地震响应变化情况及不同地震动输入方式下地震响应拟合情况,验证势流体数值方法的有效性,并得到不同流固耦合模拟方法相适应的地震动输入方式。结果表明,采用势流体理论建立流固耦合模型,加速度与位移输入方式下的地震响应拟合较好;采用粘性流体N-S方程建立流固耦合模型,位移输入方式下地震响应变化规律更符合实际情况,而加速度输入方式下的结果变化呈现不同的规律;相比采用基于粘性流体N-S方程建立的模型,采用基于势流体理论建立的分析模型的计算结果更保守,更有利于深水高墩桥梁的抗震设计。     

几种常见形式的等效阶梯截面

针对许多平面杆系桥梁分析软件仅提供梯形分块法的截面尺寸输入方式和截面几何特性已知或者有解析表达式的带有曲边的截面不便直接使用梯形分块法的问题，利用桥梁结构平面计算中截面等效的概念．提出了等效算法，构造了节线数不多于6的等效阶梯截面，推导了等效阶梯截面几何要素的一般计算公式．给出了圆形、圆环等几种常用截面形式的不多于6条节线等效阶梯截面尺寸计算的具体而又简捷的公式。     

大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应分析

为研究大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应,以宜万铁路宜昌长江大桥为背景,在总结该类结构体系特点的基础上,采用桥梁博士分析软件建立全桥平面有限元模型,对全桥桥面施加竖向均布荷载(二期恒载),分析拱梁内力、竖向荷载及跨中截面弯矩的分配;将该桥与孔跨组成及截面尺寸完全相同的连续刚构桥在恒、活载作用下的结构内力进行对比,分析组合结构的拱梁组合效应。分析结果表明:在竖向均布荷载作用下,连续刚构柔性拱组合结构跨中范围吊杆轴力增加较大;结构跨中截面总弯矩绝大部分已转化为拱肋压力与主梁拉力;与连续刚构相比,活载作用下,连续刚构柔性拱组合结构的主梁弯矩显著减小,结构刚度提高较大,柔性拱作用明显。