马鞍山长江大桥近岸桥墩对河岸稳定影响试验

水流作用产生的局部冲刷对桥墩自身安全、河岸稳定有重要影响.在桥墩局部冲刷和近岸岸坡相对不稳定性的共同作用下,近岸桥墩附近河床变形趋势更具复杂性,对河岸稳定影响更加直接.以马鞍山长江大桥左汊近岸桥墩为研究对象,分别建立桥址断面概化模型和岸坡概化模型,通过不同流量条件下水槽模型试验,研究近岸桥墩附近水流形态、最大冲刷深度、最大冲刷坑形态以及岸线变化的情况,分析近岸桥墩引起的绕流顶冲、水面涌波、局部冲刷、冲刷不对称对河岸稳定的影响,从利于河岸稳定角度提出近岸桥墩布置一般原则,为近岸桥墩选址、桥墩选型和岸坡防护设计提供参考.     

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。     

冲刷环境对桥墩冲刷空间形态影响的仿真分析

为研究环境对桥墩冲刷的影响,基于K-ε湍流模型建立了桥墩冲刷及冲刷环境数值仿真模型.对其三维仿真建模过程中的4个关键问题分别进行深入研究并提出优选的解决方法,特别关注三维边界条件的动态更新以及计算收敛性的算法改进.进而利用B.W.Melville经典实验对提出的桥墩冲刷精细化仿真方法从空间形态的角度进行多方面准确性验证.最后基于该精细化仿真方法,对CFD计算软件Fluent二次开发,进行精细化参数分析.计算结果表明:桥墩尺寸与最大冲刷深度以及流速与最大冲刷深度均存在近似线性关系,选择合适的桥墩形式、降低桥墩有效宽度、降低墩前水流流速以及选择合适的水流深度均可明显降低桥墩冲刷深度.不同冲刷环境参数取值对桥墩冲刷空间形态所产生的不同影响可以为桥墩主动抗冲刷设计与选型提供合理的理论基础与依据.     

苏通大桥深水群桩基础冲刷防护实测分析

桥墩建在流水中的桥梁几乎都面临墩周冲刷的问题,为了研究桥墩发生冲刷方式及冲刷防护方法,通过对处于长江下游的苏通大桥主4号大型群桩基础水深传感器及桩身轴力实测数据的分析,发现该桥梁工程采用的冲刷防护方案不仅有效地防止了主墩处河床冲刷,而且在河床铺设砂袋后,进行钢护筒插打时,砂袋被挤入到松软的河床底质层一定深度范围内,对河床底质层和桩周土起到挤密、增密和固结作用。大大提升了河床表层松散体的极限摩阻力,提高了群桩基础的承载力。     

桩基冲刷对近海大跨斜拉桥地震响应的影响分析

为研究桩基冲刷对近海大跨斜拉桥地震响应的影响,本文以实际工程为背景,建立全桥三维模型,根据现有经典理论计算背景工程的最大冲刷深度,将土对桩基的作用等效为土弹簧,采用“m”法计算冲刷线以下的桩-土相互作用刚度,从而得到不同冲刷深度下的全桥分析模型。通过对结构进行动力特性分析及地震响应时程分析,对比研究了不同桩基冲刷深度对大跨斜拉桥抗震性能的影响。研究表明:冲刷使得桥梁结构整体变柔,自振周期变长;冲刷深度越大,桩基在地震作用下的位移响应也越大;冲刷深度对桩基剪力的影响与桩长有关,桩基越长,剪力变化趋势越复杂;IDA分析显示,冲刷对桥梁的不利影响随地震动强度的增大而增大;结果表明桩基的局部冲刷会进一步加剧桥梁在地震作用下的危险性,冲刷问题在抗震设计中应予重视。     

桥梁水动力学2020年度研究进展

为了解桥梁水动力学研究发展动态,在总结其研究内容、方法和成果的基础上,更好开展后续研究,从波流作用、基础局部冲刷、流固耦合、极端海洋环境多灾害作用等着手,对2020年度发表的相关文献进行分类、总结和评述。综述发现,桥梁水动力学的研究热点主要集中在极端波浪、水流作用及波流共同作用模型、桥墩局部冲刷影响因素及深度预测、地震作用下深水桥梁流固耦合、极端海洋环境多灾害作用等方面。通过梳理现有研究不足,提出亟待开展的研究方向,包括波流极端环境下的结构流固耦合、桥墩冲刷监测和防护、智能信息化的桥梁水动力灾害预见性及多灾害研究。     

冲刷作用下桥墩结构体系的有限元计算

在泥沙冲刷和动水压力的耦合作用下,采用ANSYS有限元软件构建了桥墩-承台-桩-土的三维有限元模型,在不同冲刷深度情况下对桥墩结构体系进行了受力分析,计算了桥墩结构体系的屈曲荷载、墩顶的水平位移和竖向位移以及在桩侧和桩端的土抗力及桩身变形。结果表明,当冲刷深度从0 m增加到15 m时,桥墩结构体系的屈曲荷载由7.65×10⁵ kN减小到0.89×10⁵ kN,仅为未冲刷时屈曲荷载的11.63%。当冲刷深度从0 m增加到14 m时,桥墩顶部水平位移由3.15 mm增加到57.99 mm,桥墩顶部竖向位移由26.99 mm增加到28.73 mm,桩侧土平均摩阻力由35.33 kPa减小到26.29 kPa,桩端土竖向抗力由11 008.44 kPa增加到12 152.89 kPa,桩侧土水平抗力最大值由23.47 kN增加到248.94 kN,桩身最大水平位移由2.31 mm增加到52.36 mm。随着冲刷深度的增加,桥墩结构体系变形大幅度增加,竖向承载力降低幅度十分显著,桥墩结构体系很容易发生失稳。     

长短桩、变径桩桩间相互作用系数数值研究

采用三维数值方法,建立长短桩、变径桩双桩模型,通过大量的数值计算,分析桩顶荷载水平、桩距径比、不同桩长、桩端土模量比及不同桩径对相互作用系数的影响。分析表明,在线弹性变形阶段,桩-桩相互作用系数近似为恒定值,与桩顶荷载水平无关,进入塑性变形之后,则逐渐减小直至极限状态时趋于0;长短桩桩长比及桩端土模量比对短桩-长桩相互作用系数影响大,而对长桩-短桩相互作用系数影响小;变径桩相互作用系数仅与受荷桩桩径有关;并提出了针对长短桩、变径桩的简化计算公式,为实际工程提供参考。     

基础冲刷对多种车激作用下桥梁动力行为的影响

为探究基础冲刷与桥梁车激动力行为变化的内在关系,推进基于动力的冲刷识别研究,建立可模拟移动车辆匀速、制动和变速行驶激励的车桥耦合振动分析模型,依托预应力混凝土连续梁桥工程实例,通过数值仿真方法系统研究了基础冲刷对不同行驶状态车辆激励下桥梁动力行为时域和频域特性的影响规律。结果表明:受冲刷桥墩的局部振动模态频率随冲刷深度增加而明显减小,未受冲刷桥墩的模态频率无明显变化。随冲刷深度由1 m增加至4 m,多种行驶状态车辆激励下,桥梁墩顶的纵向位移和加速度响应峰值均显著增大;同一冲刷水平下,车辆制动激励下墩顶纵向位移和加速度响应的峰值最大,且相较于无冲刷工况,响应峰值增幅分别线性增加至72.72%和56.26%;同时,冲刷敏感响应的频谱幅值显著上升,中心频率向低频偏移。研究结果将为基于车激动力响应的桥梁基础冲刷识别提供可行的动力指标和理论基础。     

明挖基坑对邻近高铁桥梁变形影响因素分析

以邻近运营高铁桥梁建设的明挖基坑实际工程为背景,采用数值模拟的方法建立了二维有限元模型,探讨了围护结构的插入比、设置内支撑的数量、隔离桩及基坑距高铁桥墩距离四个因素对高铁桥梁变形的影响。结果表明:插入比对桥墩水平位移最大变形及整体沉降影响不大;设置支撑能够减小桥墩水平位移及沉降,增加支撑道数对变形影响小;隔离桩不能减小变形;距离显著影响水平位移和整体沉降,但对沉降差影响不大。     

分流型防护桩在扎拖特大桥中的应用研究

新建扎拖特大桥跨越鲜水河,桥位右岸上方陡峻山崖卸荷裂隙发育,斜坡上分布有一定厚度的碎石土,对桥梁结构及线路安全构成一定的安全隐患。在施工开挖扰动及蓄水后动水位作用下,斜坡覆盖层可能会产生蠕滑变形或局部坍滑,继而影响桥梁主墩安全。鉴于此,须设置永久性支挡防护结构以确保水位波动条件下桥墩的整体稳定,确保桥梁结构及线路运营安全。通过建立不同桩长、不同冠梁角度及与承台不同间距的分流型防护桩数值仿真模型,对承台及桩基稳定性及内力进行分析,计算结果表明:分流防护桩可以将滑坡阻挡并使之沿防护桩绕流,且三角形的稳定性使防护桩的受力性能得到充分发挥,有效降低潜在滑体对承台及桥墩的推力;分流型防护桩最优角度约为60°,最优桩长约为35m,分流型防护桩与承台桩基的最优间距约为20m,研究成果为该工程的优化设计提供了科学依据。     

基于SFM方法的不同倾角桥墩绕流局部冲刷特性试验

桥墩绕流冲刷是水流、泥沙和桥墩三者相互作用的结果,桥墩周围复杂的水沙运动关系是造成桥梁水毁的重要原因。定量分析桥墩冲刷地形特征规律及其与水流之间的相互作用关系,是深入研究桥墩绕流水沙作用机理及实际工程应用的重要突破口。本文开展两种坡降条件下不同倾角均匀沙动床桥墩绕流冲刷试验,并沿下游方向设置四个模型倾角0°、5°、10°、15°。使用粒子图像测速系统（Particle Image Velocimetry,PIV）测量桥墩绕流二维流场,并基于运动摄像恢复结构技术（Structure From Motion,SFM）实现冲刷地形三维重构,在此基础上分析床面冲刷三维地形结构和绕流流场特征,以构建紊流结构与冲刷地形相互耦合作用关系。结果表明：（1）SFM方法可实现冲刷地形三维结构重构,冲刷试验平衡时,模型前方和两侧冲刷坑较深,后方冲刷坑出现凸起,沿水流方向倾斜顺延上升至床面。（2）冲刷坑尺寸、面积和体积均随水流强度增大而增大,随倾角增大而减小。不同截面处冲刷坑面积、体积随坑深呈开口向上抛物线趋势增大。（3）桥墩模型对后方流向流速扰动范围随倾角增大而减小,对展向流速影响范围随倾角增大而增大。（4）随模型倾角增加,旋转强度与剪切应力影响范围均减小。剪切应力下切较易形成桥墩周围较深冲刷坑,而位于桥墩两侧大尺度流向涡向下游延伸,将促使桥墩后侧方浅长凹槽形成。     

名山桥局部冲刷二维数值计算分析和防护研究

拟建的名山桥位于缙云好溪河流,根据模型验证的需要经及现有的好溪水文资料,利用二维河流数学模型和经验公式对桥墩局部冲刷进行了对比计算和分析,对桥梁墩台防护的措施及其降低水流流速,干扰水流的紊动,减少马蹄形旋涡强度,降低水流的冲刷能力的水动力特性进行了分析．为工程设计和管理提供了依据．     

波流共同作用下正斜桩局部冲刷试验研究

随着大规模开发和利用海洋资源的兴起,斜桩基础凭借良好的水平承载力特性在跨海大桥、海上平台、高桩码头等海洋结构物中得到了应用广泛。在波流强烈的非线性作用下,斜桩附近会发生严重的局部冲刷,降低结构物的安全性甚至会导致破坏。为了解不同波高、流速条件下,倾斜角度对正斜桩冲刷特性的影响,并对比与垂直桩冲刷特性的差异,在波流水槽中开展波流共同作用和纯流作用下的局部冲刷试验。通过对α=0°、10°、20°、30°的正斜桩进行试验,研究了倾斜角度对冲刷历时、相对时间尺度及冲刷坑形态的影响,开展了无量纲参数Fr、KC、Ucw对正斜桩最大冲刷深度的影响分析,并与前人的垂直桩数据进行详细对比。结果表明：当桩向下游倾斜时,倾斜角度对于波流共同作用下斜桩冲刷特性有着重要的影响。与垂直桩相比,随着倾斜角度的增加,正斜桩冲刷深度发展速率、冲刷坑尺度及深度逐渐减小,相对时间尺度逐渐增大;对于20°正斜桩,最大冲刷深度点由侧前方转移至正前方的时间约为60min,远大于垂直桩;正斜桩沙丘沿中轴线对称分布、呈双峰结构,且冲刷坑形态与垂直桩明显不同;动床条件下,床面形成规则的沙波,冲刷坑尺度进一步减小,双峰更加明显,冲刷历时曲线出现小范围波动;正斜桩相对冲刷深度为无量纲参数Fr、KC、Ucw的函数,与垂直桩拟合曲线的趋势保持一致。     

群桩条件下刚性桩加固斜坡软弱地基路堤稳定性分析

针对刚性群桩加固斜坡软弱地基路堤的应用还不充分问题。通过有限元软件ABAQUS建立刚性群桩加固斜坡软弱地基路堤的三维数值分析模型,对比分析了刚性桩桩距、桩身弹性模量等设计参数对桩内力、变形的影响及其对路堤加固效果的影响。研究表明:经刚性群桩加固后,斜坡软弱地基的整体稳定性得到显著提高;与无桩加固相比,路堤最大沉降值减小约1.5～1.93倍,地基的侧向变形值减小约1.46～2倍;随着刚性桩弹性模量、嵌固深度增加,刚性桩的受力状态影响不大,刚性桩最大竖向应力和最大桩身土压力的变化幅度均小于10%;桩距对刚性桩的受力状态、水平位移影响较为显著;对比分析桩距和桩弹性模量对路堤沉降值的影响,研究发现桩距是影响路堤沉降的主要因素。因此综合考虑路堤稳定性、桩身受力以及工程的经济性,本工程刚性群桩桩距选择为2 m,弹性模量选择为10 GPa。     

筒袋泵首级叶轮结构参数对水力性能影响

为进一步提高立式筒袋泵性能,基于ＲＮＧｋ—ε湍流模型,对立式筒袋泵首级叶轮进行数值 模拟．通过分析改型前后各个流量状况下的外特性曲线和离心泵内压力云图,研究了不同叶片数和 不同叶片包角角度情况下离心泵扬程和效率的变化情况,为筒袋泵进一步改良提供了依据．结果表 明：随着叶片数的增加,离心泵各个流量情况下的最大效率值呈现先增大后减小的现象;随着叶片 包角的增大,离心泵效率先上升后下降,存在着一个对于离心泵性能最佳的包角角度;相较叶片数 改变对性能的影响而言,叶片包角改变对性能的影响较小．     

大比降卵砾石河流钢丝石笼防冲性能试验

采用自相似动床模型实验的方法,研究在我国西北地区大比降卵砾石河流中广泛应用的钢丝石笼在大角度入射的股流冲刷下的防护特性.分析了钢丝石笼防护下的导流堤前的水流特点、冲刷机理,并研究在比降大、床沙粒径大、水流宽浅、流速大的水流环境下,不同防护宽度、埋置深度和不同钢丝石笼厚度的防护方案条件下,防护结构前沿的冲刷深度,得到防护宽度是钢丝石笼防护的关键参数的结论.提出在大比降卵砾石河流中,2m的埋置深度下、6m以上的防护宽度能有效防护30°以下入射的单宽流量小于3m~3/(s·m)的股流冲刷,可为该种防冲结构的设计应用提供参考.     

GFRP桩在泥炭质土中静压挤土效应试验

在泥炭质土中沉入3根直径分别为38、75和92 mm的玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforce polymer,GFRP)模型桩,监测在沉桩过程中沿径向的地面隆起量、不同深度处径向挤土压力和桩身侧摩阻特性,得到沉桩时地面隆起量的分布规律,及与桩轴不同距离处沿深度方向的挤土压力变化规律.当沉桩深度达到0.15倍桩长时,出现最大地表隆起量,且最大地表隆起量出现在距桩轴1.50~2.50倍桩径处.沉桩结束后,径向挤土压力沿着深度方向逐渐增大.     

竖向荷载下群桩受力特性研究

竖向荷载下群桩基础的受力特性较为复杂,尤其是现场试验,由于受到荷载大、费用高、设备复杂等条件的限制,难以普遍开展.通过一定量群桩承载力的现场试验,结合计算机数值仿真分析研究竖向荷载下群桩基础的受力特性,结果表明:群桩整体承载力随桩中心距的增大而增大,但当桩间距S大于5倍桩径后,增大趋势不再显著;群桩中各桩桩顶应力分布很不均匀,但其随桩中心距、上部荷载的增加而逐渐趋于均匀;单桩长径比为20~30时,群桩承载力随桩长的增加而有效增加,超过此范围时,增加桩长,群桩承载力增加效果不明显.     

高墩大跨T构桥桥墩的有限元分析

某高墩大跨Ｔ构桥,上部结构为预应力混凝土箱形梁,桥墩采用钢筋混凝土变截面空心墩。根据Ｔ构桥的结构特点,利用空间块体单元对桥跨和桥墩进行有限元离散,计算了该桥在４种工况下桥墩的强度与变形,给出了桥墩３个典型截面的应力等值线图,计算结果表明：桥梁在外荷载作用下,墩顶位移满足桥梁规范要求;桥梁在正常满荷载作用下,桥墩墩顶内部出现局部拉应力,但小于容许值;温度对墩底的应力产生较大影响,但范围较小,距墩底２