上覆粗砂层河床群桩基础冲刷特性试验

采用波流水槽试验,针对上覆粗砂层双层砂土进行局部冲刷机理研究,并与中国和美国规范的局部冲刷深度计算方法对比分析.试验研究表明:由于上覆粗砂层的存在,冲刷前期进展缓慢,后期主要为细砂层冲刷,发展较快;而上覆粗砂层对下卧细砂层冲刷起到抑制作用,粗砂层越厚,抑制效果越明显;中美规范对于上粗下细双层砂土局部冲刷深度计算结果偏大,应进行适当折减,以更为合理地反映粗砂层对细砂层冲刷的影响.     

苏通大桥索塔深水群桩基础冲刷防护工程的设计与施工

从苏通大桥深水群桩基础结构方案出发，分析了冲刷及防护对大桥安全性的影响，进而从防护工程理念、结构设计与施工、防护效果监测等方面阐述了苏通大桥基础冲刷难题的解决方法。     

冲刷坑冲刷过程的数值模拟

为了探索用数值模拟的方法来模拟冲刷坑形成过程及预测冲刷深度的可行性,在贴体非正交曲线坐标系中,采用控制体积法对二维散粒体河床的冲刷进行了数值模拟,根据冲刷过程中坑底动水压强和冲刷深度之间的平衡关系,来控制坑底边界网格移动进而模拟冲刷坑的冲刷过程及流场变化过程,实现了对冲坑底边界动态发展过程的自动模拟.计算得到的控制参数变化规律,表明用此方法模拟冲坑发展过程的可行性;计算结果与试验吻合较好,说明本方法可以有效地用来模拟冲坑发展过程,并能正确的反映挑流冲刷中流场结构和速度、压力等参数的变化.     

清水条件下淹没式透水桩群减少圆柱桥墩局部冲刷试验

针对圆柱桥墩局部冲刷的防护问题,提出了碎石填充式透水桩群作为牺牲桩的新型防护形式。采用室内模型试验的方法,在透水桩孔隙率及淹没深度不变的条件下,研究了透水桩群布设形式(顶角60°等边三角形、顶角120°等腰三角形和180°横向排列)和布设位置(与桥墩的距离)对其自身局部冲刷特征及其减冲效果的影响规律。试验结果表明：与实体桩相比,透水桩群自身最大局部冲刷深度显著减小,透水桩群自身局部冲刷深度减小率随顶角角度增大而减小,最大可减小约23.5%;当透水桩群布设位置与被防护桥墩的距离为4D(D为桥墩的直径)左右时,透水桩群的减冲效果最好,最大减冲率可达65%;随着透水桩群顶角角度的增大,透水桩群自身局部冲刷减小率逐渐降低,而桥墩局部冲刷减小率逐渐增大;在相同的布设条件下,透水桩群的减冲效果与实体桩群防护效果接近。研究成果可为桥墩局部冲刷防护提供参考。     

透水牺牲桩减少上下游桥墩局部冲刷深度及机理

针对工程实际中常见的上下游桥墩局部冲刷的防护问题,通过室内模型试验和数值模拟相结合的方法,研究清水条件下采用透水牺牲桩进行前墩局部冲刷防护时,透水牺牲桩填充碎石粒径和淹没率2个因素对透水牺牲桩自身和上下游桥墩局部冲刷特征的影响规律。研究结果表明：无牺牲桩防护时,上下游墩的局部冲刷深度都随墩心距的增大呈先减小后增大的规律;当墩心距为4D(D为桥墩直径)时,前墩对后墩局部冲刷的防护效果最好;相同条件下(最佳墩心距)分别采用实体牺牲桩和透水牺牲桩对上下游桥墩进行防护时,二者均能有效减小上游桥墩的局部冲刷,透水牺牲桩防护时效果更好,且自身局部冲刷深度较实体牺牲桩可减小约30%;采用透水牺牲桩防护时,当其填石粒径为0.2D～0.25D、淹没率为1时,减冲效果最好;透水牺牲桩的透水性允许部分水流从桩身内部流过,有效减小了桩前下潜水流的强度,减轻了其掏底作用,从而有效减小了局部冲刷深度;与采用实体牺牲桩防护相比,透水牺牲桩及上游桥墩两侧的最大剪切应力分别约为前者的1/2和1/4;透水牺牲桩桩后低剪切应力区的范围更大。     

海底管道局部冲刷数值模拟分析

采用基于k-ε二维湍流模型模拟冲刷过程中不同悬空量以及来流速度条件下海底管道附近流场、压力以及剪切力的变化,对海底管道局部冲刷机制进行研究。结果表明:随着来流速度的增加,管道附近越容易发生局部冲刷;管道未脱离海床面时,管道附近存在三涡流场结构,当管道与海床有一定距离后,仅在管道后方存在一个旋涡;管道未脱离海床面时,冲刷作用随着悬空量的增大而增加,管道脱离海床面后,冲刷作用随着悬空量的增大而减弱,最终达到冲刷平衡状态。     

粉质黏土地区微型桩群桩基础群桩效应研究

探讨微型桩群桩基础在粉质黏土地层条件下的群桩效应和竖向承载性能.通过在川西地区开展的现场真型试验,将现场试验结果、数值模拟以及理论计算结果进行对比.结果表明:微型桩群桩基础在该地层条件下具有良好的抗压性能,试验基础极限抗压承载力可达2 700 kN,利用实体周长法得出的群桩效应系数与数值模拟方法最为吻合.在粉质黏土地层...     

承台厚度对群桩基础差异沉降的影响分析

从减少承台基础的差异沉降观点出发,完成群桩系统计算模型的基础上,建立群桩-承台体系共同作用的线性和非线性数值分析方法,将中厚度板理论应用于承台基础的分析中,找出承台厚度的变化对减少基础差异沉降的影响,得到了最佳承台厚度的估算公式。对传统的桩-土体系分析中的有关参数在基础差异沉降中所起的作用做了进一步的分析,得到一些有意义的结果。     

变刚度布桩群桩基础的承载特性

针对大规模的等刚度群桩基础中不同位置的桩易出现蝶形差异沉降、桩顶反力马鞍形分布、承台弯矩增大等问题,采用有限元模型和数值计算方法研究等刚度九桩在施加均布荷载时的沉降、桩顶反力、荷载分担比等问题;通过改变群桩桩长、桩径、桩距、承台厚度建立4组单变量模型,与等刚度群桩模型的沉降、桩顶反力、桩土荷载分担比等数据进行对比,研究变刚度群桩对于差异沉降控制的作用。结果表明,群桩模型的中心桩所受承载力及沉降最大,在变刚度设计中增加中心桩桩长及桩径时,群桩差异沉降控制效果较好。     

孤立波和海流作用下单桩基础局部冲刷及保护的数值分析

采用数值模拟的方法研究了孤立波和海流共同作用下单桩周围海床的局部冲刷.通过求解RNG k-ε湍流模型封闭的N-S方程,准确地模拟了桩周流场的变化情况.泥沙输运模型考虑泥沙的夹带、悬移质输送、沉积以及推移质输送的泥沙冲刷机制.对于斜坡床面,考虑重力对泥沙颗粒的影响,并对临界希尔兹数进行修正.将数值结果与实验数据进行比较,...     

变刚度群桩基础工作性状数值分析

在室内桩基础模型试验的基础上,用三维有限元的方法,考虑了土体的非线性（Drucker-Prager模型）力学性能,对模型桩进行了六大组的数值模拟试验．从沉降、桩顶反力、桩土承担荷载比等几方面验证了变刚度群桩基础能减小桩顶反力差值,从而减小差异沉降的特性．为理论分析变刚度桩的工作性状提供了参考．     

基于现场观测的拉索风雨振特性研究

通过对岳阳洞庭湖大桥拉索风雨振进行了现场实测所获得的拉索振动的加速度时程记录及实时的风场与雨量记录.利用拉索的振动方程与数值计算方法对拉索的振动特征进行了研究.分析结果表明:风雨振是拉索发生的一种大幅、低频振动.拉索风雨振存在一个最低临界风速,并且存在一个风向敏感区.图7,表1,参8.     

影响通海截止阀冲刷腐蚀的重要参数数值模拟分析

作为舰船的重要部件,通海截止阀在运行过程中发生损坏将严重影响舰船航行安全。文中通过ICEM CFD软件对影响阀门冲刷腐蚀的重要参数如流体速度、颗粒含量、颗粒直径以及阀门开度等进行了模拟分析,结果表明截止阀冲蚀速率与流动速度成指数增长,颗粒含量变化会导致阀门最大冲蚀位置出现变化,最大冲蚀速率将随着粒径增大变小,而冲蚀分布却随着粒径增大变得更加均匀,阀门半开时的冲蚀速率远大于全开时的冲蚀速率。研究结果将为新型通海阀进一步流道优化改进设计提供参考。     

靶距对淹没射流冲刷沙床影响的数值模拟

射流冲刷水下淤积物以及破碎板结土在疏浚工程中有着广泛的应用,对其进行研究很有必要。以中值粒径d50=1.8mm的沙床为研究对象,采用泥沙冲刷模型进行二维垂向淹没射流冲刷沙床的数值模拟研究,探究射流靶距h对淹没射流冲刷沙床的影响。数值模拟结果与实验结果吻合较好。结果表明:在冲刷前期,冲刷坑深度εm随h的增大而减小;在冲刷后期,εm随h的增大呈现先增大后减小的趋势。     

东方大桥自振特性分析

以常州市京杭运河改线段改建工程——东方大桥为研究对象,借助ANSYS有限元程序,建立了飞燕式钢管混凝土提篮拱桥的空间力学计算模型。利用子空间迭代法计算了桥梁结构的自振频率和振型,对桥梁的模态特性进行了分析。结果表明,桥梁的面内刚度相对于面外刚度较小。计算结果可为桥梁的设计、施工以及使用阶段的健康检测和维护提供技术参数和依据。     

二维垂向淹没射流冲刷粗砂砂床的数值模拟

采用泥沙冲刷模型对二维淹没射流冲刷无黏性砂床作了数值模拟,冲刷时间为10 s。湍流模型选用RNGk-ε模型,它对于低强度湍流和具有强烈剪切区域的流动应用更加广泛。数值计算结果和实验结果吻合比较良好。数值模拟结果和实验结果都表明:当冲刷时间相同时,射流速度越大,冲刷深度越大;当射流速度一定时,最大冲坑深度和冲刷时间呈对数关系。     

响堂铺2号大桥钢槽梁顶推施工导梁落梁方案分析

科学的导梁落梁方案,对于确保钢桥安全顶推施工具有重要意义。响堂铺2号大桥采用步履式顶推施工法,下侧临时支架为非对称式布置。为确保主梁跨线施工的安全性,采用MIDAS/Civil有限元软件建立钢桥的顶推模型,通过前一施工阶段监测数据验证数值模型,在此基础上以顶推过程中主梁应力分布为参照标准,对比两种施工落梁方案,确定最优的导梁落梁方案。研究结果表明,三跨钢桥顶推施工中,导梁落梁应分阶段落梁,第一阶段一次性落梁,第二阶段分布式落梁;非对称式支架落梁时,各阶段中结构峰值应力多集中于导梁根部桁架处,导梁应有加固处理与实时监测等预防措施。     

海上风电基础冲刷动力特性及在线监测

海上风电由于其风资源条件好,不受占地条件约束等优点,在全球能源战略中的地位不断提升。海上风电基础广泛存在冲刷问题,冲刷会导致基础承载力下降、结构固有频率变化和海底输电管缆暴露等风险,因此对基础冲刷的监测和预警至关重要。该文首先分析了基础冲刷的动力特性,建立了风机-塔筒-基础一体化仿真模型,研究了基础冲刷深度与基础固有频率的相关关系,并分析了冲刷对结构动力响应的影响;其次提出了基础冲刷低频振动监测方法,并研发了一套海上风电基础冲刷低频振动监测系统。通过该系统在江苏某海上风电场的运用实例分析,探讨了未来基础冲刷监测的改进方向,研究成果可为国内外海上风电工程提供参考。     

含内部冲刷腐蚀损伤的90°弯管屈曲压力的研究

针对深海油气输送管道中含冲刷腐蚀损伤的90°弯管的屈曲问题,建立了一种更符合实际损伤的简化模型,得到了冲刷腐蚀屈曲类型分布图,提出了一个按不同分类屈曲形式计算含冲刷腐蚀损伤的90°弯管屈曲压力的显式经验表达式.根据试验数据,建立了含冲刷腐蚀损伤的90°弯管的原尺寸模型,通过用户自定义Python程序实现自主调整冲刷腐蚀的损伤参数(轴向范围、周向宽度、径向深度)及管道几何参数(椭圆度、径厚比和腐蚀比).通过将自定义程序嵌入Abaqus有限元软件,建立了冲刷腐蚀简化模型,开展系统的敏感性分析.分析表明,径向最大腐蚀深度会限制轴向范围影响和周向宽度影响程度,且径向最大腐蚀深度和冲刷腐蚀轴向范围会影响弯管模型的屈曲类型,出现了3种屈曲模态,研究表明不同的损伤参数导致3种不同屈曲模态:①A类屈曲,弯管端部及其附加直管部位率先发生屈曲;②B类屈曲,冲刷腐蚀最大深度截面的环向φ=45°处率先发生屈曲;③C类屈曲,冲刷腐蚀最大深度处率先发生屈曲.依据屈曲类型划分出冲刷腐蚀屈曲类型分布图.根据数值模拟和敏感性分析结果,结合多参数非线性回归分析,建立了无量纲屈曲压力pc/py和椭圆度?、径厚比?、弯径比?...     

气泡群动力特性模拟分析

采用VOF(volume-of-fluid)中的PLIC(piecewise linear interface calculation)界面重构方法模拟研究了三维气泡群的上升过程及其对周围流场的扰动.重点分析考察了大量气泡上升过程中的动力学特性,伴随着随机的碰撞与融合等现象,气泡分布经历了由规则到扇形体再到随机的过程;在大雷诺数时融合过程表现为整体行为.受到融合过程的影响,周围流场表现出明显的振荡现象,且气泡群中心受到的扰动高于外围流体.