基于流固耦合方法的深水桥墩地震响应分析

该文以深水桥墩为研究对象,采用FSI考虑水对桥墩地震响应的影响,分析比较了不同水深、不同水域面积以及不同壁厚情况下流固耦合作用对桥墩地震响应的影响。得出考虑墩水耦合作用不仅增大了墩底地震响应的最大值,并且使墩底响应最大值发生的时刻也有所改变;随着水深的增加,流固耦合作用对墩底响应的影响增大;随着壁厚的增大,流固耦合效应对空心桥墩墩底地震响应的影响逐渐减小。     

高墩连续刚构桥不同影响因素的地震响应分析

以某连续刚构桥为背景,建立了考虑主梁-桥墩-桩基-土层的有限元模型,分析了地震荷载作用下桥墩高度、桥墩截面、双肢薄壁墩间距等影响因素对桥梁典型截面内力及变形的影响。结果表明:在桥墩高度为60~65 m范围内,中墩顺桥向剪力基本稳定,不再随桥墩高度的增加而递减;桥墩高度的增加增大了梁体脱落的风险,桥墩高度为100 m时梁体中跨跨中截面顺桥向与横桥向位移达到139.1,97.5 mm;从抗震角度分析,圆形截面桥墩对位移影响较大,空心矩形桥墩截面与实心矩形桥墩截面形式对墩顶内力的影响不大,故空心墩较节约材料;对于文中连续刚构桥,合理的双肢薄壁墩间距能有效降低墩顶受力与梁体位移,能有效提高地震作用下的安全系数。     

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。     

基于车桥耦合的简支T梁桥冲击效应研究

针对简支T梁桥,基于车桥耦合理论,利用ANSYS和Matlab混合编程求解桥梁的冲击效应。研究结果表明,随着路面粗糙度的增大,冲击系数呈现逐渐增大的趋势;车速在不同路面粗糙度等级下对冲击系数的影响并不相同,但随着路面情况变差,冲击系数的峰值逐渐增大;冲击系数随着车重的增大呈现逐渐减小的趋势,但在不同的路面粗糙度情况下冲击系数的变化幅度并不相同。在多数情况下规范计算的冲击系数较为保守。     

重力式桥墩在泥石流冲击作用下的响应分析

为研究重力式桥墩在泥石流冲击作用下的安全性,以某既有铁路重力式桥墩结构作为研究对象,采用ANSYS+CFX建立了泥石流冲击桥墩的流固耦合分析模型,分析桥墩在不同参数的泥石流冲击作用下的响应情况,同时采用LS-DYNA软件分析泥石流中大块石对桥墩的冲击力,进而对桥墩的安全性进行评估。结果表明:随着速度、容重和黏度的增加,泥石流冲击力也随之增加;泥石流中大块石对桥墩的冲击力较大,分析中不可忽略;桥墩在泥石流冲击、大块石冲击以及横向风荷载作用下,桥墩的横向偏心距、抗倾覆稳定性、抗滑稳定性、基底应力均难以满足规范要求。因此,应加强对可能遭遇泥石流灾害的重力式桥墩的监测和分析,采取有效措施以确保泥石流冲击作用下结构安全可靠。     

方形截面深水桥墩的地震响应分析方法研究

为验证地震响应分析方法对方形截面深水桥墩的适用性,以边长为2m、高度为60m的正方形截面桥墩为例,分别采用解析法、数值法、结合法分析其在不同水深情况下的墩顶位移和墩底应力,并在此基础上对比方形截面和圆形截面桥墩地震响应的特点。结果表明:采用解析法按刚体运动计算方形截面桥墩的地震响应时,一定程度上夸大了动水压力的影响;采用数值法按弹性振动计算方形截面桥墩的地震响应时,水深增加的作用效果恰好与按刚体运动计算时相反,减小了桥墩的地震响应;采用结合法同时考虑地震作用下桥墩的刚体位移和弹性振动时,计算方形截面桥墩的地震响应更合理;方形截面桥墩与圆形截面桥墩的地震响应随水深的变化趋势类似。     

桥墩形式对泥石流浆体冲击效应的影响分析

泥石流冲毁桥墩对桥梁的危害巨大。借助数值模拟分析手段,研究不同截面形式的桥墩在泥石流冲击作用下的差异。综合分析泥石流流域、桥墩受到的冲击压强、冲击力以及拉应力,得到泥石流作用下最优桥墩选型。研究表明,不同截面的桥墩对泥石流浆体的分布影响较大,圆端形墩和尖端形墩的排导能力优于矩形墩;不同截面形状的桥墩受到的冲击力差异明显,矩形墩对泥石流的阻力普遍大于圆端形墩和尖端形墩。综合模拟结果分析,建议在泥石流易发区域架设桥梁时,应优先选择圆形或者圆端形墩。     

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.     

大跨径曲线连续刚构桥冲击系数影响因素

针对大跨径曲线连续刚构桥的结构特点,以白土北江特大桥主桥为例,研究不同曲率半径对大跨径连续刚构桥冲击系数的影响。建立不同曲率半径的连续刚构桥有限元模型,利用车桥耦合振动方程得出响应峰值的相应变化规律。研究表明,在曲率半径较小时,结构最不利截面冲击系数变化较大。随着曲率半径的增大,控制截面挠度、弯矩和扭矩冲击系数都呈减小趋势,但当曲率半径为250m,冲击系数值较大;墩顶截面弯矩冲击系数变化幅度较小,但扭矩冲击随曲率半径增大而增大。     

钢桁梁桥大悬臂状态顶推启动瞬态动力效应分析

为研究钢桁梁桥大悬臂状态顶推过程中的顶推启动瞬态效应及风荷载对施工的影响,以三门峡黄河公铁两用大桥钢桁梁顶推施工为背景进行分析。采用ANSYS软件建立该桥顶推状态有限元模型,在分析顶推启动瞬态效应作用机理的基础上,建立动力效应分析方法,将顶推启动瞬间静、动摩擦力的差值转化为钢桁梁的水平等效加速度进行数值模拟。分析结构在大悬臂工况下由顶推启动所引起的瞬态冲击效应、考虑风荷载的冲击效应及阻尼比对冲击效应的影响,结果表明:只考虑顶推启动状态时,冲击效应随悬臂跨度的增加有减小趋势;在静风荷载联合作用下,顶推启动瞬态冲击效应随悬臂跨度的增加而增加;阻尼比对顶推启动瞬态冲击效应影响不明显;顶推启动的瞬态冲击效应及风荷载不可忽略,需针对不同跨径选取合适的冲击系数。     

桥梁动水压力附加质量计算模块开发与应用

为解决深水桥梁动水压力附加质量表达式繁冗并涉及特殊函数,不利于实际工程应用的问题,在已有的Morsion方程法、简化辐射波浪法、基于频率降低率的附加质量比法的计算理论基础上,采用APDL语言在ANSYS中设计、开发附加质量模块,实现了附加质量的自动计算和动水压力荷载的自动添加。应用这3种附加质量理论所开发的计算模块,建立不同形式墩-水耦合简化模型,与计算精度较好的流体声单元法进行对比,比较计算精度上的差异。计算结果表明,对于截面尺寸相对细长型的桥墩,4种方法计算结果较接近;随着桥墩直径的增大、墩高减小,Morison方程法的计算结果与其它3种方法的差异增大,总体上看4种计算方法基本能反映桥墩在水中的振动响应。在实桥上应用,结果表明开发的附加质量模块具有较高的精度和较高的计算效率。     

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。     

钢筋混凝土桥墩延性影响因素理论研究

为研究结构设计参数对钢筋混凝土桥墩延性的影响,对矩形和圆形钢筋混凝土桥墩的全过程弯矩～曲率曲线进行分析,从理论上研究轴压比、混凝土强度、配筋率、混凝土保护层厚度等参数对桥墩延性的影响,并对2种截面桥墩的延性性能进行比较。分析结果表明:不管矩形还是圆形截面桥墩,其延性总是随轴压比增加而降低;整体增加纵向钢筋率对桥墩延性略有不利影响;保护层厚度对桥墩延性影响相对较小;相同轴压比下,桥墩延性随混凝土强度提高而降低,相同轴力下,桥墩延性随混凝土强度提高而提高;矩形墩的延性性能优于圆形墩。     

广珠城际轨道实体桥墩设计分析

广珠城际轨道工程中铁路桥梁大量采用跨径为32 m的双箱单室简支梁,桥墩设计为花瓶式。由于桥墩结构尺寸较小,为保证工程的安全性,对采用该桥墩及相应基础后构成的双线简支梁桥进行动力分析,用脱轨系数、轮重减载率判断列车运行安全性,用Sperling指标判断乘坐舒适性,并利用空间有限元分析软件ANSYS对桥墩进行局部应力分析。分析结果表明:梁桥具有良好的动力特性及列车走行性,能够保证列车运行的安全性和乘坐舒适性;墩顶截面变宽段出现最大剪应力,墩顶操作空间倒角处出现最大主拉应力及正截面最大拉应力,最大主压应力出现在墩底截面,桥墩各项受力指标均能满足规范要求。     

双薄壁墩连续刚构桥地震反应影响参数分析

为探讨双薄壁墩几何参数对矮墩连续刚构桥地震反应的影响,以某(60+100+60)m连续刚构桥(墩高15m)为依托,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,采用反应谱法及非线性时程反应法,分析双薄壁墩壁厚和双肢中心距对该桥动力特性和地震反应的影响规律。结果表明:双薄壁墩的壁厚和双肢中心距对连续刚构桥的各阶振型基本没有影响;桥梁1~5阶自振频率随壁厚的增加逐渐增大,2~5阶自振频率随双肢中心距的增加逐渐增大;随着壁厚增大,桥墩控制截面内力显著增大,双肢中心距对桥墩内力影响较小;墩顶、墩底截面的塑性转角和墩顶纵向位移随壁厚的增加明显减小,双肢中心距对截面塑性转角和墩顶纵向位移的影响很小。     

钢筋混凝土圆形桥墩正截面冲击承载力计算

针对工程中频发的桥墩撞击事故,根据欧洲规范(CEB)推荐的率型经验公式,得到对应应变率效应的混凝土动态抗压强度及相应动态断裂应变、钢筋的动态抗压(拉)强度;基于材料动态强度的应力—应变关系,并考虑桥墩截面的局部削弱,推导出冲击荷载下圆形钢筋混凝土桥墩正截面极限承载力的分析和计算公式;在对试验数据分析的基础上,通过算例验证桥墩动态极限承载力计算方法的可行性,并建议了冲击荷载下材料应变率的取值范围。     

钢筋混凝土圆形桥墩正截面冲击承载力计算

针对工程中频发的桥墩撞击事故,根据欧洲规范（CEB）推荐的率型经验公式,得到对应应变率效应的混凝土动态抗压强度及相应动态断裂应变、钢筋的动态抗压（拉）强度;基于材料动态强度的应力一应变关系,并考虑桥墩截面的局部削弱,推导出冲击荷载下圆形钢筋混凝土桥墩正截面极限承载力的分析和计算公式;在对试验数据分析的基础上,通过算例验证桥墩动态极限承载力计算方法的可行性,并建议了冲击荷载下材料应变率的取值范围。     

弯扭耦合效应下混凝土桥墩的抗震性能

为了研究地震作用下压弯剪扭耦合作用对桥梁中墩梁固结墩的影响规律,进行了7根压弯剪扭耦合作用下钢筋混凝土桥墩的拟静力试验,确定了桥墩的不同破坏模式,给出了桥墩的剪力-位移和扭矩-扭转角滞回曲线和骨架曲线,分析确定了扭弯比、长细比、纵筋配筋率和箍筋配筋率等参量对桥墩弯扭耦合抗震性能的影响。基于理论分析和拟静力试验,给出了四线式剪力-位移骨架曲线和三线式扭矩-扭转角骨架曲线的理论模型。研究结果表明:理论骨架曲线和试验曲线吻合较好;理论模型揭示了钢筋混凝土桥墩弯曲和扭转的关键影响因素及耦合效应,其中剪力-位移理论骨架曲线主要取决于桥墩破坏截面的弯矩-曲率关系,扭转承载力主要来自于混凝土和箍筋2个部分,墩顶扭转角可以根据混凝土桥墩的弹性扭转角和扭转塑性铰的扭转角叠加计算;弯扭耦合效应会造成混凝土桥墩抗震性能发生明显的变化,较大的扭转效应会使桥墩在达到最大抗弯性能前发生破坏,而弯曲效应会大幅降低桥墩的抗扭承载力;随着长细比的减小,最大剪力增加,极限位移减小,最大扭距基本不变;纵筋率主要影响混凝土桥墩的抗弯承载力,对抗扭性能影响不明显,箍筋率主要影响桥墩的抗扭性能;工程中应采用考虑弯扭耦合的方法进行抗震设计。     

车辆重量对简支梁桥冲击系数的影响分析

为了完善规范《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)中仅围绕桥梁基频这一单一因素对桥梁冲击系数进行定义。本文考虑了车桥耦合的影响并研究了车的重量对具有代表性的简支梁桥冲击系数的影响。文中把桥梁和车辆看作车桥耦合振动体系的两个分离子系统分别利用了ANSYA软件和UM软件建立了桥梁、车辆以及车桥耦合振动模型。通过改变车辆的重量,分析其对冲击系数的影响。研究发现桥梁的冲击系数均随着车重的增加呈现不断增大的变化趋势,且基本都接近线性变化。与规范相比随着桥梁基频的增加,冲击系数逐渐减小,不同车重的冲击系数变化趋势基本上一致,另外随着车重的增加,冲击系数呈现整体增加的趋势,这也说明冲击系数和车重之间的关系比较显著。     

腐蚀环境对钢筋混凝土桥墩的抗震性能影响分析

针对沿海地区桥梁桥墩在高氯环境下的腐蚀问题,采用Open Sees软件构建氯腐蚀环境下桥梁材料退化模型,通过模拟3种典型工况下的桥墩地震反应特征,获得腐蚀环境下桥墩柱的抗震性能,研究结果表明:考虑材料退化后,随桥梁服役时间延长,最大墩顶位移不断增大。仅箍筋腐蚀环境下,桥墩截面抗弯能力略有下降,延性显著降低,最大墩底截面的弯矩和延性系数变化较小;仅纵筋腐蚀环境下,桥墩截面抗弯能力和延性表现出较大差异,抗弯能力降低的同时延性略增加;同时考虑纵筋、箍筋腐蚀环境时的桥墩截面抗弯能力降低,延性下降,桥墩整体结构的抗震能力降幅最大。