深水大跨桥梁施工技术2020年度研究进展

随着我国经济实力的不断增强、科学技术水平的显著提升,桥梁工程正朝着跨度更大、基础更深、桥塔更高的方向快速发展。在此过程中,桥梁建设者遇到了很多新难题,例如：深水基础浮运下沉过程中精准定位、超大型沉井基础防冲刷、大直径钻孔桩施工、大跨度斜拉桥索塔锚固构造优化、超高桥塔大体积混凝土水化热温度控制、超高桥塔新型液压爬模系统开发等,已成为影响深水大跨桥梁安全顺利施工、长期可靠运营的关键问题。为促进深水大跨桥梁施工技术的发展,提高深水大跨桥梁施工人员解决相关问题的能力,为深水大跨桥梁的推广提供技术支持,围绕深水大跨桥梁施工面临的上述关键问题,对2020年国内外研究者的相关研究进展及成果进行了分析与汇总。     

洛溪大桥拓宽工程叠合梁施工方案比选研究

结合多座已经建成的叠合梁斜拉桥,讨论了叠合梁施工中顶推法、整节段吊装法和散件悬臂拼装法的优缺点;并详细讨论了斜拉桥桥叠合梁施工中克灵吊式桥面吊机、整节段吊装桥面吊机和多功能散件悬拼吊机的优缺点;根据广州洛溪大桥拓宽工程斜拉桥叠合梁施工要求,选择通过桥塔附近提梁站将主梁散件运至桥面,再采用定制的DQP30多功能散件悬拼吊机拼装主梁;最后介绍了背景工程叠合梁悬臂拼装施工步骤。     

经天路图-FLAC3D接口程序研发

针对经天路图软件不能对多层状地质体的地基承载力进行快速分析的问题,基于3D WinForms控件Eyeshot,利用C#语言在Visual Studio 2019平台上研发了经天路图与地基承载力分析软件FLAC^3D之间的接口程序。研发中采用了三角网算法、多层状地质体可视化算法和网格优化算法等。所研发的接口程序具有图形化显示界面,能够从经天路图读取多层状地质体地形数据,并根据地质勘探数据对地质体分层,能够在ANSYS中自动建立有限元网格模型,基于FLAC^3D命令流自动完成网格模型读入与转换、材料属性和边界条件的定义等前处理工作并执行求解,能够自动导出常用分析结果并回传至经天路图。算例验证表明,采用接口程序对多层状地质体进行地基承载力分析,极大地提升了设计人员的工作效率。     

深水桥墩流固耦合下的自振特性研究

首先探讨了深水桥墩流固耦合下动力特性研究的有限元理论和建立计算模型的方法。研究了桥墩墩水耦合分析中流体单元网格尺寸、流体范围对深水桥墩动力特性数值解精度的影响,得出了工程中常见的墩水耦合分析较优水体单元尺寸和理想水体范围图。计算分析了矩形、圆形和圆端型截面深水桥墩的自振特性,实心墩在水中的自振频率降低10%～20%之间。空心墩频率降低幅度大于实心墩,与截面尺寸和壁厚密切相关。水体对空心墩的振型也有一定影响。进一步研究了淹没深度、桥墩截面尺寸以及空心墩壁厚对深水桥墩频率降低幅度的影响,得到有益的结论。该研究方法以及相关结论可以对墩水耦合问题的进一步研究以及工程应用提供参考。     

错置双柱式桥墩三维流场及水流力特征研究

错置双柱式桥墩在桥梁工程中广泛存在,错置双柱式圆柱三维绕流以及水流力特征值得深入研究。该文采用ANSYS Fluent数值模拟软件,考虑自由液面影响,对典型等直径45°错置双柱桥墩在不同柱间间距下的三维流场以及水流力特征等进行了研究,研究结果表明:柱间间距为2D时,两柱后漩涡沿顺流方向拉伸严重,Z1柱处漩涡规律性脱落不明显,Z2柱后有漩涡规律脱落,且Z2柱阻力均值、阻力振幅及升力振幅均大于Z1柱;Z1柱周向自由液面高度变化较小,Z2柱周向自由液面分布近似关于沿顺流方向过Z2柱心的直线对称,Z2柱两侧自由液面高度也会随漩涡结构的发展而出现波动。Z1柱周向压强分布波动较小,Z2除受底部边界及自由液面影响较大的截面外,各截面压强波动也较小。文章还进一步研究了L/D增大后,各柱阻力系数、升力系数、漩涡脱落频率和斯特劳哈尔数等水流力参数的变化特点。     

土木工程制图作业批改系统的研究与实现

为了解决目前高校土木工程制图教学中,教师无法逐一批改学生作业的问题,该 文在独立研发的矢量图形平台ATVGP 的基础上,探讨了矢量图形的识别与作业批改系统的实 现方案,并提出了一种曲线识别思路。最后在VC++环境下编程,实现了土木工程制图作业的 自动批改功能。     

基于能量法的被动柔性棚洞防护结构设计理论

由于被动柔性棚洞防护结构缺少相关的设计理论,为此,首先将复杂的结构转化为简单的力学模型,通过增量变刚度法分析了钢拱架变成机构的力学行为,明确了钢拱架与钢绳索的屈服机制,研究了钢绳索耗能与钢拱架极限承载力,建立被动柔性棚洞防护结构的耗能计算原理,为柔性棚洞结构提供了基于能量法的设计理论。然后,结合工程实例,进行有限元分析与理论计算的结果对比,验证基于能量法的设计理论的准确性。最后,根据提出的基于能量法的设计理论,给出了关于柔性棚洞防护结构方案设计与选型方面的建议。研究结果表明:工程实例的理论计算结果与有限元分析结果较吻合;在选型方面,为提高整体结构耗能,应使钢绳索先于钢拱架屈服,并加大钢绳索使用长度及屈服拉力;抛物线式钢拱架极限承载力高于同等条件下其他形式钢拱架,应优先选用。     

土木工程计算机绘图教学改革研究与实践

针对土木工程计算机绘图(CAD)教学中存在的缺点和教学课时不断压缩的压力, 从教学手段、教学方法和考核方式 3 方面提出了 CAD 教学改革方案。将 CAD 教学内容按照知 识点录制了 121 个 3~5 min 长度的微视频,通过超星学习通将微视频制作为《计算机绘图微课 程》,学生可利用碎片化时间在个人移动终端如手机、iPad (或平板)等上观看学习微视频。基于 微视频,采用任务驱动+翻转课堂方式开展教学,将学时缩短 1/4,注重学生创新学习能力培养。 取消卷面理论考试,将微视频完成度、习题完成情况,翻转课堂表现、三维创作、上机考试纳 入考核范围,加强学习过程管理和实际绘图能力考查。采用该方案的试点班与传统班对比发现, 不仅缩短了课时,还提高了期末上机考试平均成绩约 4 分,证明了该改革方案的可行性。     

深水桥梁墩水耦合振动试验研究与数值计算

为研究深水桥墩动力特性以及动水压力分布规律,开展了本次墩水耦合振动台试验。通过比较试验结果与ANSYS-CFX计算结果验证了试验数据的有效性。通过数值拟合得到了动水压力沿桥墩截面周边以及水深的变化规律。提出附加刚度法对有水桥墩弹性振动问题进行数值模拟,结果表明:附加刚度法计算结果与试验结果相符,且能较好的解释实验原理;桥墩基频会随着水深的增加而增大,桥墩的响应随着水深的增加而减小;附加刚度法能较好地模拟深水桥梁墩水耦合弹性振动行为。     

沉管隧道抗震研究综述

文章对国内外对地震作用下沉管隧道的研究方法发展进行了综述,总结了国内学者分别在不同工程背景下,针对一些特殊工况下开展的地震响应研究,其中包括数值模拟与模型试验,并通过这些文献研究的成果对未来的研究方向提出了展望。