涉河正交桥墩壅水模型试验研究

涉河桥梁的修建会改变局部河段的流速和水位,增大河道行洪、排涝的压力,现有的规律和经验公式对桥墩壅水规律总结仍然不足。以正交圆头方形桥墩为研究对象,试验数据分析可知:当阻水比小于10%时,最大水位壅高随着阻水比的增大而线性增长,当阻水比大于10%时,最大水位壅高随着阻水比的增加而快速增大并超过了线性增长;拟合了最大水位壅高的经验公式,并验证了其合理性。建立二维数学模型研究了正交布置桥墩绕流流场水动力结构和壅水特性,模拟结果表明,不同尺寸的桥墩附近水面线分布有着相似的规律,桥墩间距的改变会影响桥墩周围水流结构。研究成果可为涉河桥梁合理布置以及桥墩壅水的计算提供参考。     

建桥对长江中下游不同特性河段的水流运动影响

基于边界拟合良好的曲线网格上建立的平面二维水流运动数学模型,以长江中下游不同河段为例,针对不同特性河段,系统地分析了桥梁建筑物对于河道洪水位、流速等要素的影响程度及其变化规律.研究结果表明,河道流量越大、洪水位越高、不同桥型桥墩阻水率越大,建桥后河道壅水值、壅水范围以及流速变化值、变化范围也越大;相同流量及相同桥墩阻水率情况下,河道水面纵比降越大,建桥后桥墩附近壅水及流速变化最大值越大,但壅水及流速变化影响范围却相对较小.研究成果可为工程初步选址以及设计提供技术参考.     

桥墩组中轴线与水流方向夹角过大对河流流场影响的数值模拟研究

为研究桥墩组中轴线与水流方向夹角过大对河流流场的影响,采用平面二维数学模型首先模拟不同夹角下桥墩组对理想矩形水槽水流流场的影响,然后计算工程实例.结果表明桥墩组中轴线与水流方向夹角越大,桥墩对水流流场影响越大.最后得出结论:将左右幅桥墩错开布置可较好地减少因桥墩组中轴线与水流方向夹角过大而引起的对河流流场不利的影响.     

考虑桥墩非线性的深水桥梁抗震性能分析

针对目前深水桥梁抗震流固耦合研究中对桥墩非线性的影响认识的不足,本文基于弥散裂缝混凝土理论,建立了考虑钢筋混凝土桥墩非线性的三维桥梁墩柱实体模型,研究了弥散裂缝混凝土模型对于模拟地震作用下钢筋混凝土结构力学行为的可行性。在此基础上,采用Φ-U格式的势流体单元模拟桥墩周围水体,建立了考虑桥墩的非线性深水桥梁流固耦合分析模型,研究了不同地震重现期下动水效应对采用非线性桥墩的深水桥梁的影响。研究表明:采用非线性桥墩之后,结构的振动特性将与线弹性结构有所差别,从而导致动水效应对结构的影响不同于动水效应对线弹性结构的影响,桥墩非线性较明显时,动水对桥梁结构的影响较大。     

干接缝节段拼装桥墩连续梁桥地震反应分析

根据已有的干接缝连接节段拼装桥墩的研究成果,采用集中塑性铰方法对一座节段拼装连续梁桥的抗震性能进行了分析,比较了节段拼装连续梁桥与整体现浇钢筋混凝土连续梁桥地震响应的异同。研究结果表明：节段拼装桥墩桥梁的位移响应大于具有相同骨架曲线的整体现浇普通钢筋混凝土桥墩桥梁的位移响应。集中塑性铰方法可以推广应用到节段拼装桥墩桥梁中进行抗震性能分析。     

辽宁省普通公路桥墩抗冲刷防护形式数值模拟

目的 探讨桥墩圆形石笼防护和矩形石笼防护对流场造成的影响,进而判断出何种防护形式更适合作为桥墩防护结构.方法 采用GAMBIT软件建立计算模型,之后采用流场分析软件FLUENT,运用VOF方法对圆形石笼防护和矩形石笼防护进行数值模拟分析,从水流流速、动压力、河床剪切力、紊流强度四个方面进行研究.结果 矩形石笼防护对流场的影响非常大,而且矩形石笼的阻水效果非常明显,这会影响水流的流势和河床的稳定,圆形石笼防护也有阻水效应,但是这种效应造成的影响较小.结论 数值模拟分析发现圆形石笼防护更为合理,更加适合对桥墩进行防护.通过实际工程验明桥墩处采用圆形石笼防护可有效保护桥墩.     

桥梁建设与河道行洪纳潮的适应性分析

以某特大桥为例,采用大范围一维网河数学模型与工程局部河道平面二维潮流数学模型相结合的方法,对该特大桥的行洪、纳潮影响进行了计算和分析.从大桥工程的轴线布置、梁底标高、墩台形式、桥跨组合、阻水程度、建设项目与堤防关系等方面论述了跨河桥梁建设与河道行洪、纳潮之间的适应性问题.为减少桥梁建设对河道行洪、纳潮的影响,从桥梁墩台布置等方面提出了指导性建议,使桥梁建设尽可能与河道行洪、纳潮能力相适应,也为水行政主管部门的行政许可提供参考.     

串列竖轴水轮机尾流场影响CFD模拟分析

为研究串列水轮机组水动力性能并提出合理的水轮机布置方案,提高潮流能电站的发电效率,针对三叶片竖轴水轮机进行瞬态数值模拟,分析了串列布置水轮机组上游水轮机的水动力性能及尾流场对下游水轮机水动力性能的影响.考虑到竖轴水轮机叶片展向剖面相同的特点,将模型简化为二维模型并利用开源流体力学软件Open FOAM对水轮机进行了数值分析.首先通过模拟单个水轮机的运行,得出了能量利用率随叶尖速比的变化规律,并通过与文献中实验数据的对比验证了Open FOAM数值模型在合理的设置下,采用k-ωSST湍流模型和PIMPLE算法,可以准确计算二维竖轴水轮机的水动力性能.之后模拟了两个串列放置的水轮机,水轮机之间的距离范围取5~50倍水轮机直径,分析得出了竖轴水轮机后方各剖面的尾流特性,以及水轮机间距对下游水轮机水动力性能的影响特性.分析结果表明,两个串列水轮机的间距大于40倍水轮机直径时,上游水轮机尾流场对下游水轮机性能的影响可以忽略.     

客运专线双柱式桥墩的地震损伤分析

依据我国现行的《铁路工程抗震设计规范》,合理地选取了强震记录作为地震输入,采用大型有限元分析软件,考虑柔性地基效应和地震动特性的影响,建立了某客运专线双柱式桥墩的有限元模型,并基于Park-Ang地震损伤模型和非线性地震响应分析,研究了客运专线双柱式桥墩的地震损伤全过程.分析结果表明:①桥梁结构的损伤破坏主要是发生在地震过程的中前期;②即使所采用的地震动记录的场地类型和PGA都相同,但它们对桥梁结构所造成的损伤还是有较大差异;③虽然PGA对桥梁结构损伤性能指标的影响十分显著,但它对结构最大损伤性能指标的发生时间并没太大的影响.     

冲刷环境下跨海桥梁海陆地震动作用易损性对比研究

现有跨海桥梁抗震分析时仍选用陆地地震动而忽略了海底与陆地地震动间的差异,且处于海洋环境中的桥梁下部结构在长时间流水冲刷下桩周土体流失进而导致结构稳定性降低。本文以某跨海大桥引桥段为例,利用ABAQUS建立有限元计算模型,考虑桩土作用和动水压力等因素影响,采用概率地震需求分析方法对不同冲刷环境下陆地和海底地震动作用下的桥墩、支座进行易损性分析。通过绘制桥墩、支座超越概率易损性曲线和超越概率增幅柱状图研究桥梁关键构件在海、陆地震动和不同冲刷深度下的损伤发展规律。研究结果表明：海底地震动下桥墩对比陆地地震动作用下更易损坏,且随着土体局部冲刷深度增加,桥墩破坏概率持续提高;冲刷深度对桥墩纵桥向破坏超越概率影响更为明显,同等强度地震动激励下,桥墩纵桥向破坏超越概率高于横桥向。支座较桥墩在相同工况作用下更易发生破坏,海底地震动作用下其破坏超越概率增幅普遍高于陆地地震动;随着冲刷深度增加,支座破坏超越概率逐渐提高,且随着地震动强度的增加,相较于陆地地震动,海底地震动作用下支座破坏超越概率受冲刷深度的影响更加明显。     

设置BRB的桥梁排架墩抗震性能参数分析

汶川大地震中,桥梁双柱式排架墩遭到了严重的破坏,其抗震问题被广泛关注。作者基于结构“保险丝”的损伤控制理念,在双柱式桥梁排架墩中设置屈曲约束支撑（BRB）,以提高横桥向的抗震性能。建立了考虑墩柱弹塑性、梁体与挡块碰撞和支座滑动效应的单个排架墩动力分析模型,通过输入远场地震动、具有向前方向性效应和滑冲效应的近断层地震动进行非线性地震反应时程分析,研究了BRB与排架墩水平刚度比、水平屈服位移比、BRB布置形式和排架墩形式等参数对桥梁排架墩抗震性能的影响。结果表明：设置BRB能有效地减小规则和不规则排架墩的地震损伤,BRB与排架墩水平刚度比和水平屈服位移比的合理取值范围分别为0.5～2.0和0.5～1.5。     

循环往复Pushover分析轴压比对圆柱桥墩延性能力的影响

运用有限元软件ABAQUS建立了圆柱桥墩非线性有限元模型,采用循环往复加载的Pushover方法模拟圆柱桥墩包括保护层及核心区混凝土、箍筋和钢筋的破坏过程,研究轴压比对圆柱桥墩延性破坏的影响。研究表明,核心区混凝土的破坏时间随着轴压比的增大而缩短;轴压比的变化对圆柱桥墩的保护层混凝土、纵筋首次屈服时间的影响无明显规律可循;一定范围内,位移延性系数随轴压比的增大而减小,表明适当的轴压比能够提高桥墩的抗倒塌能力;圆柱墩的滞回耗能能力也随轴压比的增大而减小。     

钢筋混凝土桥墩拟静力正交试验及数值模拟

为系统研究多参数组合对圆形钢筋混凝土桥墩延性抗震性能的影响,建立较可靠的数值分析模型,开展了以墩高(剪跨比)、纵筋率、轴压比、配箍率为因素的四因素三水平圆形钢筋混凝土桥墩拟静力弯曲破坏正交试验,并基于OpenSees纤维模型及等效塑性铰模型对试验桥墩的骨架曲线、滞回性能进行数值分析.结果表明:试验桥墩位移延性为5.3～...     

后张无粘结预应力装配式桥墩抗震性能分析

目的研究节段预制无粘结后张预应力环形截面桥墩的抗震性能,为此类桥墩抗震设计提供依据．方法通过贯穿柱段的纵向钢筋（耗能钢筋ED）提供柱的滞回耗能,利用ABAQUS有限元分析软件建立实体模型,对耗能钢筋配筋率、预应力筋配筋率、预应力度等参数进行分析．结果ED配筋率为0．75％时的抗震性能比0．5％时提高较多,配筋率为1．0％的抗震性能比0．75％时提高不大．预应力筋配筋率在0．5％时具有较好的抗震性能,在此基础上提高配筋率没有显著效果．预应力度的增加使得屈服强度有所提高,但耗能能力提高不明显．结论在一定范围内提高ED配筋率和预应力筋配筋率对于提高桥墩抗震性能有较为显著的效果,超过此范围提高不明显,预应力度影响不大,以此实现节段拼装桥墩经济性和力学性能的优化．     

预应力轴压比对节段拼装桥墩力学性能影响分析

采用后张预应力连接的节段拼装桥墩具有施工工期短、对环境影响小、质量易保证等优点,但至今其力学性能尚不明确.为了获得一个具有良好力学性能的预应力轴压比值,本文以一节段拼装桥墩为原型,设计了5种节段拼装桥墩方案,利用ABAQUS建立了实体有限元模型并进行模拟计算.将模拟结果与既有试验结果进行比较,验证了该模拟方法的正确性.分析对比了不同预应力轴压比对节段拼装式桥墩的力学性能的影响,结果表明轴压比在10%~20%的结构拥有较好的力学性能.研究为节段拼装桥墩的设计提供一定的参考.     

内填部分混凝土钢桥墩延性性能简化计算方法

采用二维梁单元模型模拟内填部分混凝土箱形截面钢桥墩的延性性能。考虑翼缘宽厚比、柱长细比和混凝土填充率三个参数,建立了20个二维梁单元模型。将模拟结果与三维精确有限元分析结果进行对比,提出了针对二维模拟结果的延性修正系数。将修正后的二维模拟结果与试验结果对比,吻合良好,验证了所采用有限元分析方法以及延性修正系数的准确性与有效性。研究结果表明:混凝土填充率的提高,可以有效提高钢桥墩的延性性能;翼缘宽厚比和柱长细比的增加会导致钢桥墩延性的降低。最后提出了钢桥墩最优混凝土填充率确定方法建议。     

厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命预测

为获得厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命,对多组厚壁钢桥墩进行数值模拟分析。采用钢材的混合强化模型预测厚壁钢桥墩在三种不同往复荷载作用下的滞回性能,并分别使用Ge模型中的局部损伤法与非局部损伤法得到不同网格尺寸下的钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命,然后使用Ge模型对厚壁钢桥墩的疲劳裂纹萌生寿命影响因素(翼缘宽厚比、试件通用长细比等)进行参数化分析。研究结果表明:混合强化模型能准确预测厚壁钢桥墩的滞回性能;Ge模型中的非局部损伤法能准确预测厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命。最后基于裂纹萌生寿命的参数化分析结果,提出了预测钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命的经验公式。     

基于污染治理目标的城市河流水质模拟平台设计

本文提出基于污染治理目标的城市河流水质模拟平台设计思路:构建平面二维河流水动力学水质模型,模型可动态分析点源、面源、內源中底泥等污染源改变对河道水环境的综合影响。河流水动力水质模型应涵盖底泥对水质的影响模块,并可与面源商业软件无缝链接,将面源模型和河流水动力水质模型统一起来。基于Java基础类别（JFC）框架,可在界面上完成地形、水文、水质数据准备和输入,对生成的地形插值和输入数据需实现可视化的校核,以降低模型应用出现的常见错误,对计算结果直观三维显示和统计,降低模型对用户的使用要求,提高工作效率,以实现高质高效地完成多环境变量影响的工程方案设计比选的水环境综合管理需求。     

在循环荷载下的节段拼装桥墩实体模型试验

目的提出采用耗能钢筋以提高环形截面装配式桥墩在循环荷载作用下屈服强度、极限强度及耗能能力的方法．方法采用ABAQUS有限元分析软件模拟无粘结预应力、普通纵筋、耗能钢筋和箍筋约束下的节段装配式桥墩,得到其力一位移滞回曲线、耗能曲线和黏滞阻尼比曲线．结果进行截面换算后的环形截面较矩形中空截面的节段装配式桥墩屈服强度和极限强度都略有提高,但耗能能力相差不大．耗能钢筋配筋率为0．75％时比0．5％时提高较多,而配筋率为1．0％与0．75％相比较提高不多．结论在一定范围之内增加耗能钢筋的配筋率可以显著提高节段装配式桥墩的屈服强度、极限强度和耗能能力．