小尺度双柱结构物上波流力的流固耦合数值分析

利用流固耦合软件MpCCI将ABAQUS与FLUENT软件连接,对深水环境下波流场与双柱式桥梁墩柱结构变形进行流固耦合问题的数值模拟.结果表明,基于Morison方程,改变圆截面双柱结构的截面尺寸与长度尺寸,结构整体所受波浪力的拖曳力系数将发生变化,研究结果为流固耦合技术在深水桥梁上的应用奠定了一定的基础.     

深水桥梁双承台组合基础波浪力的参数影响性研究

为研究组合基础中各构件波浪力的变化规律,以某深水桥梁采用的双承台组合基础为原型,采用特征函数展开匹配法计算承台波浪力,结合Morison公式计算桩柱波浪力,分析承台尺寸、浸深和桩柱位置等参数的变化对基础波浪力的影响。结果表明:下承台半径对上承台波浪力(力矩)影响较大,其高度的影响与上、下承台半径比有关;上承台尺寸主要影响下承台水平波浪力和波浪力矩;随上承台浸深的增加,下承台波浪力(力矩)曲线出现多个极值;中部桩柱波浪力随上承台浸深增加呈先增后减趋势;边部桩柱波浪力随桩心角的增大呈先增后减趋势、随桩心距的增大而增加,承台的存在引起波浪力偏向和相位差。     

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。     

波浪作用下椭圆形横截面悬浮隧道管段压强特性试验

为研究悬浮隧道在波浪力作用下的波动特性,以琼州海峡跨海通道工程为背景,设计一种双向6车道悬浮隧道交通结构,开展9种不同工况下模型比尺为1∶[KG-*2]60的水力物理模型试验,分析悬浮隧道结构在不同波浪高度、不同波浪周期下的迎浪面、背浪面和上下表面的压强变化特性。首先,根据悬浮隧道管段迎浪面、背浪面和上下表面波峰、波谷时刻的压强包络线分布规律,发现管段垂向压强差值显著大于水平向。然后,比较周期和波高变化对压强极值的影响,在相同周期下,管段表面压强极值随波高的增大而增大; 在相同波高下,压强极值随周期的增大而减小。最后,在一个波浪周期内,悬浮隧道结构出现了多个局部峰值,在不同波高下,峰值次数随周期的增大而规律增加。研究表明： 波高是影响结构稳定的主要因素之一,并应重点关注短周期波浪对结构的稳定影响以及结构的垂向受力变化。     

基于势流理论的跨海桥箱梁斜向波浪荷载作用研究

为分析斜向波浪对跨海桥箱梁的影响,提出斜向波浪作用下跨海桥箱梁所受波浪荷载的理论计算方法。该方法基于势流理论建立斜向波浪-桥梁作用的数学模型,利用特征展开匹配法及伯努利原理计算箱梁所受的斜向波浪荷载。以平潭海峡公铁大桥为背景,对比分析淹没状态下箱梁的无量纲波浪荷载理论计算值与水槽试验值,验证所提出理论计算方法的准确性,分析波浪入射角和结构几何特征参数对斜向波浪荷载的影响规律。结果表明：所提出的跨海桥箱梁斜向波浪荷载计算方法准确、高效;波浪入射角对箱梁所受波浪荷载有显著影响,由长周期波浪引起的垂直波浪荷载对入射角的变化更为敏感;在斜向波浪作用下,结构的几何特征对箱梁所受水平方向波浪荷载的影响更为显著。在跨海桥箱梁设计时,建议考虑结构尺寸与斜向波浪入射角对波浪荷载的影响,通过结构优化与合理的桥位布置来降低波浪荷载对桥梁上部结构的影响。     

基于实测水压力的跨海桥梁围堰波浪力计算

为准确计算跨海桥梁施工围堰的波浪荷载,提出一种基于现场实测水压力的围堰波浪力计算方法。以平潭海峡公铁两用大桥B39号墩施工围堰为背景,现场实测围堰主迎浪面的水压力,根据实测水压力数据计算围堰主迎浪面上的波浪动力荷载,并采用AQWA软件建立围堰的三维数值模型,基于三维线性绕射理论计算围堰上的波浪动力荷载,与根据实测水压力计算得到的波浪动力荷载进行对比。结果表明:围堰的波流荷载随时间变化呈周期性变化,波浪动力荷载在0附近上下波动;根据实测水压力计算的波浪荷载和数值模拟的波浪荷载随时间变化趋势基本吻合,提出的波浪荷载计算方法能较准确地计算围堰受到的波浪动力荷载峰值。     

设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础承载性能研究

为提高深水、厚覆盖层、强风、巨浪等复杂环境条件下跨海特大型桥梁深水基础的承载能力，针对琼州海峡跨海大桥主通航孔2×1 500 m三塔斜拉桥的中塔基础，提出了设置裙筒与半刚性连接桩的新型沉箱复合基础的设计方案及施工工艺。该新型沉箱复合基础由底部周圈带有裙筒的沉箱、打入地基中的钢管桩与后注浆垫层组成，其能够降低沉箱复合基础对水下垫层平整度和裙筒入土深度的要求，提高施工效率和质量。为进一步研究其承载性能，通过数值模拟和模型试验分别开展了沉箱基础、设置半刚性连接桩的沉箱复合基础、设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础等3种基础方案在竖向荷载、竖向与水平向组合荷载作用下的受力性能研究。研究结果表明：设置裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础具有优越的竖向和水平向承载能力，其在竖向荷载作用下，通过后注浆形成的碎石混凝土垫层强度较高且处于裙筒侧向约束状态，可将上部竖向荷载传递至裙筒、群桩基础和桩间土，并通过裙筒和群桩基础传至到地基深部，从而有效提高了软弱厚覆盖层地基中沉箱基础的竖向承载力并可减小基础沉降；在竖向和水平向荷载的组合作用下，裙筒能够充分调动筒内外浅层土体的水平抗力，半刚性连接桩则驱动塑性区向深处延伸，从而有效提高了基础的水平向承载能力并减小水平位移。研究成果可为琼州海峡等跨海通道的特大型桥梁深水基础建设提供重要参考。     

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。     

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。     

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。     

武汉鹦鹉洲长江大桥北锚碇新型沉井基础设计

武汉鹦鹉洲长江大桥主桥为三塔四跨悬索桥。该桥北锚碇基础经多方案比选采用多圆孔环形截面新型沉井结构。沉井中间大圆孔内设置十字形隔墙,圆环内沿圆周均布有小直径井孔。沉井总高43 m,共分8节,第1节为钢壳混凝土沉井,第2~8节均为钢筋混凝土沉井。北锚碇施工中采用不排水下沉、井壁增加空气幕等措施减小施工难度及风险。采用软件FLAC3D对沉井施工过程进行数值模拟分析,评估施工安全性能、施工引起的环境效应及运营加载后锚碇基础的变形等。计算结果表明,沉井分节下沉施工过程中其结构、地面变形均满足规范要求,施工可有效避免对周围建筑物和长江大堤的不利影响。     

超深大截面沉井下沉及钢壳沉井应力监测研究

沪通长江大桥为公铁两用斜拉桥，其中29号主墩采用倒圆角的矩形沉井基础，结合现场施工，在钢壳沉井的不同截面上安装土压力盒和钢板应变计等监测元件，对沉井侧壁和隔墙不同位置的受力进行监测。结果表明:在大锅底开挖情况下，沉井受力类似深梁构件，两侧受压中间受拉，且中间隔墙的拉应力会随着沉井的不断接高而逐渐减小，最后变为压应力；沉井在施工中倾斜时，同一断面对称位置的受力有很大区别，且在沉井姿态稍有变化时，同一位置的受力也会发生突变，故应尽量保证沉井的姿态垂直；沉井在吸泥下沉过程中，会发生翻砂、突沉的情况，对沉井的受力会有很大的影响，这些影响可在钢板应变计的监测上有所体现。     

常泰长江大桥主航道桥桥塔基础选型研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1 176 m公铁合建斜拉桥,桥塔基础采用沉井方案.为降低沉井自重和减少桥墩局部冲刷,采用理论分析、数值模拟与水槽冲刷试验相结合的方式对沉井基础型式进行研究.结果表明:在圆端形、梭形及矩形3种截面型式的沉井中,圆端形截面沉井的水流阻力系数最小;台阶型沉井相比传统沉井可以削弱墩前向下旋辊及减小墩...     

盾构法联络通道密封垫设计及防水试验研究

为探究适合盾构法联络通道工程的密封垫断面形式,以宁波市轨道交通3号线第1条盾构法联络通道为工程背景,针对遇水膨胀橡胶设计阴阳凹凸、圆形孔洞、梳形、矩形等4类断面。对各断面形式进行可行性分析,选取阴阳凹凸断面与矩形断面作为初选方案。利用Abaqus/Explicit计算模块对2种断面的接触应力进行有限元分析,通过设计“一”字缝耐水压力试验,验证数值模拟中接触应力较大的矩形断面的防水能力。研究表明： 1）数值模拟结果显示,接触面最大接触应力与平均接触应力均随着张开量的增加而减小; 同等张开量与错台量下,在压缩与膨胀2个阶段中,矩形断面的接触应力均大于阴阳凹凸断面,因此选取矩形断面作为备选方案。2）“一”字缝耐水压力试验结果表明,矩形断面密封垫保压48 h后耐水压力明显提升,且张开量越大耐水压力提升幅度越大。3）综合数值模拟与试验结果可知,该矩形断面密封垫满足0.6 MPa的防水要求。     

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。     

基于传递矩阵的平顶直墙地铁车站横向管棚受力变形计算方法研究

平顶直墙地铁车站PBA工法施工可以采用管棚先行支护。针对PBA法暗挖平顶直墙地铁车站密布横向管棚结构，通过总结管棚“荷载－梁模型”中弹性地基梁、简支梁、固支梁3种简化方法及其计算原理，以北京地铁19号线平安里站工程为背景，采用上述3种模型计算管棚受力变形，并与实测值进行比较分析，然后针对不同工程参数和地质参数进行受力变形影响分析。结果表明： 1）弹性地基梁模型计算弯矩和跨中挠度处于固支梁模型和简支梁模型计算结果之间，其中弹性地基梁模型和简支梁模型计算结果较符合实测数据；但简支梁模型和固支梁模型无法体现导洞侧壁处挠度，且无法体现地层参数的影响以及钢管壁厚对受力的影响。2）最大弯矩值出现在简支梁的跨中，建议在设计时以简支梁模型计算跨中弯矩进行包络，以保证施工安全。3）开挖跨度和覆土厚度（荷载）对弯矩和挠度影响较大，其中跨度影响最大。4）基床系数和钢管壁厚对管棚弯矩影响较小，但对减小挠度有一定作用。     

广珠铁路虎跳门特大桥主拱设计

广珠铁路虎跳门特大桥主桥为(120+248+120)m的连续刚构柔性拱组合桥.拱肋采用钢管混凝土结构,由上、中、下弦管组成,弦管内采用C50混凝土,每片拱肋由两管平行管和提篮内倾单管组成,由直腹杆和斜腹杆连接成三肢桁架拱;三角形直腹杆采用矩形钢箱截面,斜腹杆采用圆钢管;全桥拱肋共布置19道横撑;拱座采用实体截面.主桥采用先梁后拱的施工方案.采用MIDAS Civil 2006检算拱肋承载力、结构强度、稳定性等性能,计算结果表明拱肋的静力、动力性能均满足规范要求.     

双幅同步转体矮塔斜拉桥设计

广州市增城区新新公路跨广深铁路桥采用(114+96)m双幅预应力混凝土矮塔斜拉桥分幅跨越既有铁路。该桥主桥为塔墩梁固结体系,主梁采用单箱三室截面斜腹板变高箱梁,为平衡跨度不对称引起的不平衡重,主跨与边跨板厚采用不对称设计。桥塔采用顺桥向人字形独柱混凝土塔,桥面以上高31.0 m;斜拉索采用强度为1860 MPa的钢绞线拉索,单索面双排扇形布置;主墩采用矩形实体混凝土墩,群桩基础。采用转体过程角度控制图指导双幅桥同步转体施工,转体结构最大悬臂长114 m,设计转体吨位为3.2万吨。经验算,结构各项性能指标均满足设计要求。     

砂土地层悬臂倾斜长短桩支护性能模型试验研究

倾斜桩能够提高排桩水平承载力，而长短桩依据桩身弯矩分布减小部分支护桩的桩长，以充分利用支护桩承载力，将两者结合可形成倾斜长短桩。为研究倾斜长短桩作为基坑围护结构时的变形受力特性，通过常规室内砂土模型试验，分析倾斜长桩倾斜角度和长短桩配比的影响。试验结果显示： 1）对比等长长桩，倾斜长短桩能够在减小总桩长时，更有效地控制支护结构变形和桩身弯矩； 2）对于倾斜长短桩而言，在倾斜桩倾斜角度为0°～20°时，其支护效果随着倾斜角度增大而提高； 3）倾斜长短桩的桩身弯矩会随着倾斜角度增大而减小，且开挖面以下弯矩减小幅度更大； 4）倾斜长短桩中，长桩与短桩在开挖面以上弯矩相近，开挖面以下长桩弯矩显著大于短桩弯矩； 5）短桩占比越大，支护效果越弱，桩身弯矩越大。