地震时作用于深水桥墩上的动水力及对桥墩动力响应的影响

基于势流体理论,针对一典型实体矩形截面桥墩,分析了不同水深时,动水对桥墩自振特性的影响.研究了不同水深和地震波类型等条件下,作用于桥墩上动水压力的分布规律及其合力作用点位置,并分析了动水对矩形截面桥墩在地震作用下动力响应的影响.结果表明,由于动水和结构相互作用的影响,矩形截面桥墩的自振周期、墩底弯矩及剪力的峰值会随着水深的增加而不断增大.动水使墩底弯矩和剪力分别最多增大了31%和50%,因此动水对桥墩动力反应的影响不可忽略.并且,不同类型地震波对作用于桥墩上的动水压力分布的影响也不相同.根据日本规范计算作用于矩形截面桥墩上的动水力的结果与本文的结果更为接近.     

冰盖下组合桥墩的局部冲刷特性及水力特性

为研究冰盖对组合桥墩局部冲刷及其周围流场分布的影响,基于动床冲刷试验,在不同覆盖条件下,分析了不同水流条件和桥墩尺寸对组合桥墩局部冲刷的影响,建立了预测明渠水流与冰盖流条件下组合桥墩最大冲刷深度的经验方程,并通过ADV测量了墩前的流场。结果表明:组合桥墩的冲刷模式与串列桥墩相似,最大冲刷深度始终出现在墩正前方;经验方程中来流水深、来流流速、桥墩尺寸、冰盖糙率均与最大冲刷深度呈正相关关系;在粗糙冰冰盖流条件下,墩前的垂向流速最大,导致其最大冲刷深度总是大于同等条件下的明渠水流和光滑冰盖流。     

三峡库区滑坡涌浪作用下高桩码头船舶系缆力试验研究

自2003年三峡工程开始蓄水后,库区两岸岩体由于长期受高水位的影响,滑坡的活动性显著增强。涌浪作为滑坡的主要次生灾害形式,对库区高桩码头的安全产生重大影响。本文以三峡库区万州江南沱口码头段为原型建立河道物理模型,研究水库滑坡涌浪对高桩码头船舶系缆力的作用。通过试验,得到了不同条件下的试验数据。经过分析,得出了涌浪作用下高桩码头船舶系缆力随涌浪传播、初始波高、水深、滑体倾角以及滑体方量的变化规律,提出了船舶系缆力的变化过程分为急剧衰减和缓慢衰减两个阶段。在此基础上,结合试验量测数据,确定了船舶系缆力的标准值。     

V型河道下滑坡涌浪的传播与爬高

为了研究V型河道中滑坡涌浪的传播形态及爬高特点,采用有限差分法,基于计算流体力学软件Flow-3D,建立数值模型对滑块沿斜坡下滑涌浪的产生和传播过程进行了模拟。并以千将坪滑坡为例,分析了大型滑坡体在V型河道下涌浪的产生、传播及爬高特征,在此基础上研究了不同爬坡坡度和水深对最大波高和最大爬高的影响。研究结果表明,模拟结果与实测资料基本一致;深V型河道中涌浪的爬高受两岸坡度影响突出,通用的爬高计算公式可能会明显低估涌浪爬坡坡度;最大涌浪高度随水深增加呈先增加后减小的变化趋势。     

山区库岸滑坡涌浪的物理模型与数值模型试验研究

山区库区高边坡由于其复杂和极其不稳定的地质条件,在外界不利因素影响下其地质体容易失稳并快速滑入水库形成对库区沿岸及下游大坝具有严重危害的滑坡涌浪.本文在某一山区库区物理模型的基础上建立三维滑坡涌浪数值模型,分析和研究滑坡涌浪形成与传播过程以及滑坡涌浪与下游重力坝的相互作用机理,同时通过水工物理模型试验来验证数值模拟的精度和可行性,为后续进行复杂山区库区滑坡涌浪数值模拟相关研究工作提供经验.结果表明：在与物理模型相同工况、设计条件下,数值模拟方法分析所得结果均与物理模型试验的实验结果基本一致,表明了该数值模拟方法可以较好地研究山区水库涌浪形成和传播的过程以及大坝和涌浪的相互作用;在涌浪传播形成和传播过程中发现对岸爬高要比侧岸爬高的数值要大,波浪爬高并不因为滑坡体入水角度的增大而增大,而是有个最大危险角度;涌浪在经过第一个弯道之后,高度会有一个增高的趋势,当涌浪传播至第二个弯道时,转折点前后的涌浪高度的变化不大;3号监测点的水压力在60°工况条件下最大;滑坡涌浪在传播至水库坝前时,涌浪高度变化呈波浪状;波峰时的涌浪所形成的坝前水压力最大.     

钢筋混凝土螺旋形楼梯支承条件与内力关系

研究支座条件对钢筋混凝土螺旋形楼梯内力的影响，分析螺旋形楼梯工程设计中存在的问题，在大量螺旋形楼梯算例分析和内力分布规律研究的基础上，给出一些因素对不同支座条件下各内力比值的影响曲线，为工程设计中考虑支座影响和调整计算内力提供参考。     

山区河道型水库滑坡涌浪对岸坡冲刷深度的研究

三峡库区滑坡频发,滑坡产生的涌浪经常对库区岸坡造成破坏。通过山区河道型水库滑坡物理模型试验,研究不同产状滑坡产生的涌浪对三种不同组成粒径岸坡的最大冲刷深度。通过分析首浪高度与滑坡体宽度、厚度以及滑面倾角的关系;涌浪沿程衰减规律;岸坡最大冲刷深度和岸坡前涌浪高度的关系;运用回归分析得到首浪高度经验计算公式、沿程涌浪衰减公式、岸坡最大冲刷深度的经验计算公式。最终得到受滑坡体产状以及滑坡入水点到岸坡距离影响的岸坡最大冲刷深度经验计算公式。研究成果可为三峡库区岸坡的维护提供相应参考。     

梨园库区某滑坡评价与涌浪预测计算

针对库区滑坡失稳及滑体高速入水引起的涌浪可能对库岸安全及水库运行造成的危害,以金沙江梨园电站库区草可都滑坡为例,应用有限元分析软件计算出该滑坡在库水位升降条件下的稳定性,运用能量法及潘家铮涌浪计算理论对其滑速、初始涌浪及沿程涌浪高度进行了计算.计算结果表明,草可都滑坡整体失稳时引起的涌浪会威胁到对岸各基河电站的安全,但对下游坝址的影响很小;局部失稳时,涌浪对对岸电站厂房及坝址的影响都很小.     

钕铁硼强磁性材料的冲击加载实验和数值模拟研究

为了研究钕铁硼(Nd2Fe14B)强磁体在冲击加载作用下的动态力学性能,建立了炸药爆炸平面波冲击加载实验装置,进行了冲击加载实验.采用锰铜压阻测压技术测量了磁体中冲击波压力,获得了不同强度冲击波加载作用下磁体中冲击波压力.建立了Nd2Fe14B磁体冲击加载实验的计算模型,对炸药爆炸冲击加载磁体过程进行了数值模拟计算,计算结果与实验结果相吻合.分析了Nd2Fe14B磁体中冲击波传播规律,给出了Nd2Fe14B磁体中冲击波压力按指数规律衰减的计算公式.     

桥梁铅销橡胶支座减震效果的影响因素研究

建立了各墩台高度相等且与地基固结的连续梁桥模型,采用自主开发的"桥梁结构非线性地震反应分析程序",对影响公路连续梁桥铅销橡胶支座减震效果的因素进行了正交试验计算分析,并对计算结果进行了方差分析,证明了支座铅销面积和桥墩高度是影响减震效果的2个显著性因素;分析了支座铅销面积对减震效果的影响规律,结果表明,改变各墩台支座的铅销面积比可在一定限度内调节地震作用下位移与内力响应在各墩台之间的分配;计算了8°,9°设防烈度和Ⅰ,Ⅱ类场地土条件下不同桥墩高度时模型桥的最大减震率,给出了相应设防烈度和场地土条件下铅销橡胶支座能实现30%减震率的最大桥墩高度,提出了一个无量纲常数--界限常数,据此常数可以判断出一定设防烈度和场地土条件下连续梁桥是否可以采用铅销橡胶支座进行减震设计实现30%的减震率.     

水流、波浪作用下复杂桥墩动力响应

为了明确水流和波浪作用下复杂桥墩动力响应特点,以某4柱桩柱式框架墩连续梁为依托,运用ANSYS建立桥梁（墩）-水耦合数值分析模型,分析桥墩在水流作用下绕流,对单墩和桥跨结构中该墩在不同流速、不同波高以及波、流联合作用动力响应进行研究。研究表明：绕流分析显示各墩柱速度场和压力场不对称;水流单独作用时,动力响应均随着流速和水深的增加而增大;与单墩相比,由水流产生的桥梁结构中桥墩动力响应小,且动力响应随流速和水深增加而逐渐增大;波浪单独作用时,单墩和桥梁结构中桥墩的动力响应均在波峰作用时产生最大值,在波谷作用时产生最小值;随着波高增加,桥墩和桥梁动力响应在波峰和波谷处动力响应最值随之增大;随着入水深不断增加,波浪对单墩和桥梁结构中桥墩的动力作用越显著;波、流联合作用时,桥梁结构中桥墩动力响应均随着波高和水深增加而增加,波峰时动力响应最值随着流速增加而增大,波谷时动力响应最值随着流速增加而逐渐减小,水流影响系数最大12.96%,表明波浪在动力响应中起主导作用;波浪波向和水流流向相同时,波、流联合作用动力响应并非两者单独作用叠加。     

转向冲击墩水力计算与模型试验

阐述了转向冲击墩挑流消能装置的水力计算方法,包括冲击墩附近流场的平面几何关系、与来流弗劳德数相应的允许最大转角、冲击波前后的水深比、波角和作用在转向冲击墩上的动水压力．所有这些计算都考虑了波后非静水压力分布的影响．介绍了某水库非常溢洪道末端转向冲击墩的具体布置方案,它包括3个转向冲击墩（长14．4m、高22．0m、厚2．5m）,相应的水力模型试验结果表明所设计的转向冲击墩具有良好的水力特性,所给的水力计算方法是适用的．     

北洺河大桥桥墩布设对河道防洪安全的影响

拟建北洺河大桥所处河段为大曲率弯道,且受地形条件限制,桥梁中心线呈大角度扇形布设。曲线桥梁与弯道水流交会,水流条件尤为复杂。为研究北洺河大桥斜穿弯道河流情况下桥墩布设对河道冲刷及防洪安全影响,设计制作了1:60正态物理模型,开展不同洪水重现期下曲线大桥斜穿弯道河流河工模型试验研究。试验结果表明:受桥墩布设交角及弯道水流的共同作用,原设计方案不同重现期洪水工况下均加剧了桥位处河道右岸的冲刷,最大冲刷深度3.54 m,威胁堤防安全;水流顶冲右岸产生壅水,最大壅水高0.48 m;桥墩布置对下游河道的影响范围264 m。适度调整7号桥墩与水流夹角,同时对右岸河床铺设宾格石笼,控制最大冲刷深度减小到1.68 m,有效改善了桥墩与堤防间的水流流态,优化方案保护了行洪安全。     

基于集中铰-纤维模型的小半径曲线桥地震反应

在地震作用下,曲线桥因其几何不规则性会产生扭转作用。因此,曲线桥的桥墩就会受到压-弯-剪-扭耦合受力而发生复杂的破坏形式。本文以一座匝道桥为工程背景,采用集中铰-纤维模型对曲线桥进行了有限元建模。探究了曲线桥的有限元建模方法,之后研究了不同墩高以及不同桥墩布置型式对曲线桥抗震性能的影响。研究表明：相比于纤维模型,集中铰-纤维模型更适合曲线桥桥墩的模拟。同时墩高的改变对桥墩的受力有显著的影响,等高型式下桥墩受力随墩高的变化规律与变墩高型式下并不一致。同一高度的桥墩在不同布置型式下的受力也有明显的区别。     

深水区高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥弹性地震响应研究

针对深水库区高墩大跨径预应力混凝土刚构桥的结构特点,考虑桩-土相互和动水之间的耦合作用,采用等代刚度法和大型通用有限元程序ANSYS,对某预应力混凝土刚构进行了线弹性地震响应分析,分别研究了横梁设置位置对下部结构和上部结构顺桥向和横桥向的地震响应特点。研究结果表明:随水深与墩高比h/H的加大,顺桥向地震波作用下,主梁根部及各跨跨中竖向弯矩增幅较大,其余变化较小;横桥向地震波作用下,边墩墩顶以及中墩墩顶和墩底横向弯矩增幅较大,其余变化较小。     

基于Sesam的柔性连接浮式栈桥波浪动力特性分析

为了保证浮式栈桥能够在波浪中正常使用,基于三维势流软件Sesam对系泊浮式栈桥的运动响应与缆绳张力进行非线性时域耦合数值预报。分析了桥节间有无缆绳连接、浪向角等因素对浮式栈桥运动响应的影响。计算结果表明,浮式栈桥的运动响应与缆绳张力受缆绳连接与浪向的影响很大。在有义波高为1.25m谱峰周期为6s时,有缆绳连接的桥节间相对纵荡最大幅值是无缆绳连接时的0.54倍;当浪向为90°时,浮式栈桥横荡方向与垂荡方向运动幅值范围最大;当浪向为105°时,桥节间相对纵荡运动幅值最大。综上所述,桥节间有缆绳连接可以大幅度减少其相对运动幅值,在布置浮式栈桥时,建议选取浪向角为150°~180°。     

高墩塑性铰研究

为了研究高墩结构塑性铰的形成过程、长度,从墩身曲率分布模式入手,以一座连续刚构桥为研究对象,采用增量动力分析的方法,结合OpenSees分析软件,并从PEER数据库中选取15条地震波,完成了一系列非线性分析,得到了不同状态墩身曲率分布规律,据此总结了高墩塑性铰的形成规律、长度及其与地震波的关系．结果表明：地震作用下,高墩曲率分布模式与传统中低墩有差异,但塑性铰形成过程基本一致,且塑性铰的长度及位置与地震波频谱特性、地震强度均无关,仅与结构自身特性有关．     

流速对深水锁扣钢管桩围堰侧向变形影响研究

以某城市快速路跨河大桥桥墩锁扣式钢管桩围堰施工为背景,利用Plaxis 3D三维建模,模拟了围堰分步施工过程,研究了仅静水压力及考虑静水、流水压力共同作用下围堰侧向变形空间效应。基于此,分析了不同流速、钢桩直径、嵌入深度及围护结构形式对侧向变形的影响。结果表明：静水与流水压力共同作用下围护结构迎水面侧向变形远大于仅考虑静水压力,最大变形出现在中心线处;迎水面侧向变形分布与明渠流垂向流速分布规律一致,最大变形点位于流速最大对应深度处;增大钢桩直径可有效减弱围堰侧向变形程度,当钢桩嵌入中风化砂岩后,嵌入深度对侧向变形影响不大;采用圆形围护结构形式可极大地降低水流力对围堰侧向变形的影响,且整体受荷情况与变形分布较矩形更为均匀。