地震激励下海底悬跨管道动力响应的数值分析

为开展地震激励下海底悬跨管道的动力响应分析,考虑海流-地震荷载耦合作用建立修正的Morison方程并推导管道运动方程,建立多点地震输入非线性数值分析模型,动力响应分析结果与已有海底管道的水下模型试验结果吻合较好.在此基础上探讨管道悬跨长度、悬跨高度、管道内有无液体和多点地震输入等因素对管道动力响应的影响.结果表明:管道悬跨长度、悬跨高度是影响管道动力响应的主要因素;悬跨长度每增加1倍,应力会增加37.1%;悬跨高度增加1倍,应力增加21.8%;多点输入工况下应力增加38.7%;满水管道应变平均增加27.1%.     

地震作用下海底悬跨管道水动力计算模型

在不同方向的地震动输入下海底悬跨管道的动力响应存在差别.基于Wake模型,提出了三维地震输入下的海底悬跨管道的水动力模型,并推导了有限元控制方程.建立有限元离散模型模拟模型试验工况,进行了正弦波和El Centro模拟地震波输入下海底悬跨管道的动力分析.通过数值计算和模型试验的结果比较可以看出,考虑地震动输入方向影响的Wake模型能够应用于海底悬跨管道的地震响应分析,其计算结果与试验结果符合得较好.     

微分求积法分析水下输流管道的竖向动力特性

在复杂的海洋和河流环境条件下,水下输流管道的动力特性受到内外流体等耦合作用的影响,呈现与陆地管道不同的特点.尝试用微分求积法(DQM)来分析水下输流管道的竖向振动特性,综合考虑内流因素(包括流速、压强)和外流因素(包括流速、阻尼)以及轴向力对管跨段竖向振动的影响.计算分析了水下输流管道悬跨段的动力特性及允许跨长随内外流流速、轴向力、管内压强等的变化情况.结果表明,DQM用于水下管跨段的动力特性和疲劳分析、可靠性分析及设计是可行的.     

海底管道允许悬空长度计算研究

海底管道中的悬跨段在波和流的联合作用下极容易发生疲劳和局部屈曲破坏.而悬空管道的长度是影响破坏的关键因素.本文针对管道悬空的允许长度,考虑涡激振动带来的疲劳损伤等情况,利用涡激振动响应模型和Miner疲劳累积损伤准则,分别从动态临界跨长,疲劳筛选临界跨长,疲劳损伤临界跨长和极限状态临界跨长四个方面进行计算.应用Matlab编制计算软件,进行实例计算,获得不同状态条件下海底管道允许悬跨长度,可为海底管道的设计与安全性的评估提供参考.     

高温高压管道悬跨段竖向屈曲数值模拟研究

管道悬跨是海底管道的常见工况,在油温和油压作用下,管道会发生竖向整体屈曲.竖向屈曲如果不加以预防或控制将导致管道发生破坏,但是针对悬跨管道竖向屈曲的研究较少.本文利用ABAQUS软件建立了悬跨管道竖向屈曲有限元模型,对悬跨管道的竖向屈曲过程进行了分析,并通过参数分析研究了悬跨长度、管道直径以及管道重量等几个重要参数对其屈曲位移和屈曲轴力的影响.结果表明,悬跨管道同样存在竖向屈曲风险;管道直径和悬跨长度是对其竖向屈曲最重要的两个影响因子;大管道直径以及小悬跨长度会导致跳跃屈曲,工程中应避免出现;小管道直径以及大悬跨长度会产生平滑的变形过程,加以控制,可以保证管道安全.     

水平方向扰流器对海底管道绕流流场及振动抑制效果研究

研究了深海海底悬跨管道安装水平方向扰流器。计算分析了层流状态下管道与海床壁面间隙分别为不同间隙比时管道层流区绕流流场及振动特征的变化情况,并与未安装扰流器的悬跨管道进行对比分析评价水平扰流器对海底悬跨管道振动抑制效果。此外,还探讨分析了不同结构尺寸的扰流器对管道振动抑制效果。     

考虑压缩失效时埋地管线跨地震断层的最佳交角研究

在断层错动下埋地管线跨断层的最佳交角研究方面,已有方法均以管道受拉失效为基本假定,未考虑管道压缩失效的情况.本文利用管体壳模型有限元方法进行了跨断层管线在断层错动下管体反应的计算分析,在考虑管材特性、管道尺寸及地基土特性多种影响因素的情况下,探讨了在仅控制轴向拉伸应变值和同时控制轴向拉伸应变值与轴向压缩应变值两种管道失效控制准则下管道的失效问题,分析了不同失效控制准则对管线跨断层的最佳交角的影响.发现失效控制准则是确定最佳交角值的关键因素,而且基于同时考虑拉伸和压缩失效的控制准则,管线跨断层的最佳交角应在70°左右.     

桥塔刚度对悬索桥的影响分析

为了研究悬索桥中桥塔刚度对悬索桥整体刚度的影响,以西堠门大桥为原型,采用西南交通大学编制的桥梁非线性计算软件BNLAS建立了双塔单跨悬索桥计算模型,该计算模型中跨主缆的跨度为1 650 m,加劲梁为单跨简支结构体系。通过比较不同桥塔刚度（相对原型的0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2及1.3倍）情况下悬索桥受力的变化,分析桥塔刚度对悬索桥受力的影响。同时,随着越来越多的多塔多跨悬索桥的建造,笔者也研究了中间桥塔刚度变化对多塔多跨悬索桥受力的影响。     

近底床悬跨海管安全跨长的预测

由修正势流理论获得了海管沿轴向升力分布,运用海管的小挠度微分方程,通过有限元计算得到有混凝土配重海管的平衡位移和应力,分析跨肩约束、混凝土刚度和来流速度对最大位移和最大应力的影响,讨论悬跨长度增加时刚度失效和强度失效的行为规律,给出不同跨肩约束条件下随间隙比和来流速度变化的安全跨长分区图.结果表明:悬跨海管首先出现刚度失效,触底后则会发生强度失效;间隙比和跨肩约束是影响安全跨长的重要因素;来流速度小时,必须考虑海管的静态临界安全跨长.     

海底管道涡激振动疲劳可靠性分析

海底管道悬跨管段在波流联合作用下非常容易发生疲劳破坏,故提出管跨非线性涡激振动疲劳失效可靠性分析方法．通过多项Galerkin方法对海底管跨的涡激振动方程进行求解,获得系统的非线性动力响应;综合考虑管跨疲劳可靠性评估中相关参数和程序的不确定性,运用现代断裂力学的方法对管跨进行疲劳可靠性评估．分析了几个重要参数对管跨疲劳失效的影响程度,建立了基于裂纹扩展理论的海底管道疲劳可靠性分析的方法．通过实例计算与分析,验证了该方法的适用性和可靠性．     

大跨度Kiewitt型弦支穹顶结构的自振特性分析

弦支穹顶结构是由单层球面网壳和下部张拉体系组合而成的一种新型的空间结构体系,以120m跨度K8型弦支穹顶结构为例,采用分块兰索斯(Lanczos)法对其自振特性进行了分析,分析时考虑拉索预应力、撑杆高度、结构跨度和荷载等4个因素对结构自振频率的影响。结果表明:当拉索预应力增大到一定程度,再增加预应力对结构的自振频率影响有限;结构自振频率随着撑杆高度的增加而增大;小跨度弦支穹顶与单层网壳自振模态相当接近,但大跨度弦支穹顶与同等跨度下的单层网壳自振模态明显不同。     

大跨度斜拉索输油管桥模型固有振动的实验研究

建立了大跨度斜拉索输油管桥模型实验的相似条件，并以某大跨度管桥为例，采用两种不同的边界条件，对某大跨度斜拉索输油管桥固有振动进行了模型实验，通过实验，测得到了管桥的前几阶自振频率并与有关计算结果进行了比较，比较结果验证了文中的实验方法的可靠性，提出的实验方法可以用于预报类似柔性结构体系的固有振动频率。     

海底管线涡激振动响应动力特性

海底管线管跨段的涡激振动,尤其是管跨在涡激振动下的频率锁定现象,是引发海底管线断裂失效的主要因素之一．通过对不同尺寸管道在不同流速条件下的漩涡发放频率、结构自振频率以及振幅的测量实验,找出了圆形管道在稳定流中涡激振动的规律,提出了由约化速度来控制涡激振动的方法为了将模型实验结果与理论计算结果进行比较,建立经验参数与不同实验条件下的物理参数之间的关系,利用尾流振子模型方法计算模型的涡激振动动力响应．通过模型实验说明尾流振子模型方法求解管道涡激振动的可行性,计算结果与实验结果吻合较好．     

大跨度钢引桥力学性能的ANSYS分析

利用大型有限元ANSYS软件对大跨度钢引桥进行了特征值分析,并针对5种不同工况进行静力分析,得到大跨度钢引桥固有频率及固有振型以及5种工况下各构件的最大Von M ises等效应力,并对计算结果进行了分析讨论.     

考虑轴距轴数的BRT桥梁跨中动挠度的仿真分析

为更好地模拟快速公交系统（BRT）中桥梁的变形规律,基于Midas Civil软件设计出考虑车辆轴距轴数影响的三轴移动荷载模型,并以BRT中一段桥梁为例,计算出系统的固有频率和模态,将客车简化为单轴和三轴移动荷载模型,模拟仿真桥梁跨中动挠度。不同工况下的仿真结果表明:两种模型所求得的跨中最大动挠度存在较大差异。相比于三轴移动模型,单轴移动模型所得的最大动挠度较大,最大动挠度出现的时刻较早,振动时长较短,且幅值差异较大;当移动荷载的时速在10~60 km·h-1时,时速对跨中最大动挠度的影响不大,单轴模型的最大挠度较三轴模型大,偏差约在20%~25%之间。建议在模拟长轴距或多轴车辆时,应充分考虑轴距和轴数的影响,宜采用多段三角冲击荷载进行模拟     

多层框架动力优化

在考虑框架动力特性的基础上，将框架跨度与梁、柱刚率作为设计变量，且约束条件全面考虑了应力、位移、频率和尺寸约束。最后得出在本文条件下，多层框架动力优化计算中框架跨度只需取得其下限值的结论。     

GIS支持下的土壤侵蚀动态变化研究:浙江一例

土壤侵蚀是土地退化的主要原因，也是导致生态环境恶化的重要因素，开展土壤侵蚀动态模拟研究具有重要意义．地理信息系统(GIS)因其强大的空间分析功能，为土壤侵蚀动态分析研究提供了有力支持．根据美国通用水土流失方(USLE)，以GIS软件为支持，以浙江省横溪流域为例，对该流域1990年至2003年土壤侵蚀动态变化进行模拟，并对流域内不同土地利用方式下的土壤侵蚀进行了动态评估，探讨了土壤侵蚀变化与土地利用变化的关系，为横溪流域今后的土壤侵蚀动态预测提供参考．     

南宁永和大桥动力特性研究

桥梁结构的动力特性（固有频率和振型）是结构动力分析和抗震分析的重要参数．以南宁永和大桥为研究对象,通过建立空间结构模型,计算分析了钢管混凝土拱桥的动力特性,探讨了主要结构参数对其动力性能的影响,为该类桥梁的抗震设计研究提供了分析的基础．     

连续跨海底悬空管道动力响应非线性有限元分析

摘要：针对海底连续跨悬空管道的动力响应,本文摒弃传统欠精确的管跨两端固支处理方法,并基于弹性地基梁理论,考虑管线与海底土壤之间的非线性作用力,采用ANSYS有限元分析软件建立了管土耦合非线性有限元模型。与单跨海底悬空管道对比,讨论双跨管道的动力响应特性,分析得到双跨管道自振频率特性以及跨间管土耦合长度对管跨动力响应的影响规律,并进一步分析得到管道最大应力最小时的跨长与跨间管土耦合长度的比例关系,即管跨最安全的结构比例。分析结果对海底悬空管道的预防及治理,保障海底管道的安全运行具有较大的借鉴意义。     

确定海底管线管跨段模糊固有频率的方法

根据管跨端点支撑土壤的变形特性,提出了研究管跨振动特性的力学模型;探讨了端点支撑的弹性系数和阻尼系数的模糊性,基于模糊推理规则,依据海底土壤力学特性参数及其影响因素间的模糊关系,提出了确定作为管跨端点支撑土壤的弹性系数和阻尼系数的方法,并通过模型实验,验证了据此方法计算出的模糊固有频率的正确性。