分体式三箱主梁气动特性数值模拟

为研究分体式三箱主梁气动特性,基于某公铁两用斜拉悬索协作体系桥梁分体式三箱主梁,采用FLUENT软件开展了不同槽高比(G/D)、不同风攻角下分体式三箱主梁气动特性二维数值模拟。所述主梁气动特性主要包括气动力系数、涡量场、平均压力系数以及压力系数标准差分布。数值模拟结果表明:在研究参数范围内,不同风攻角下,阻力系数总体随槽高比增大而增大,升力系数和力矩系数未随槽高比单调变化,且力矩系数对槽高比变化更敏感。各槽高比下升力系数随风攻角变化斜率均为正值,这表明该分体式三箱主梁颤振性能良好;0°风攻角下,G/D=0时,仅在箱梁尾流区存在周期性漩涡脱落。G/D=1.61时,0°风攻角下箱梁开槽处及中间箱体和下游箱体表面漩涡脱落显著,相较于0°风攻角,±10°风攻角下中间箱体与下游箱体开槽处及下游箱体表面漩涡脱落减弱;主梁开槽使得中间箱体上表面负的平均压力系数幅值增大,并导致箱梁表面压力系数标准差增大。G/D=1.61时,相较于0°风攻角,±10°风攻角下箱梁表面压力脉动减弱,尤其下游箱体表面压力系数标准差显著减小;该分体式三箱主梁临界槽高比为G/D=2.08。

跨海桥梁基础波浪力断面对比与研究

桥梁基础在波浪环境下的施工安全关乎桥梁建设的稳定性,需要给予足够的重视。利用数值模拟手段,基于改进的RNG κ-ε模型,采用VOF法模拟自由液面,在保持相同迎浪断面的情况下,建立圆形、圆端形、矩形和多边形4种不同断面形式桥梁基础受波浪作用的三维数值模型,对比其受力差异,并结合流场数据加以分析。结果表明:相同波浪条件下4种不同断面形式的结构所受到水平波浪力中以圆形结构为最小,矩形结构为最大,其总水平波浪力幅值较圆形结构增大10%左右;桥梁基础结构在波浪的作用下,基础周围会受到绕流作用,使得结构部分位置处的流速增大并出现流速集中现象,在矩形结构周围这一现象最为突出,多边形结构的情况与之类似,而圆形及圆端形结构的流速集中现象则相对较弱;按规范计算得到的等效圆柱波浪力相较于数值模拟结果大23%~29%,按等效方柱计算得到的波浪力相较于数值模拟结果大10%~13%。从工程设计的角度看,采用圆弧形的结构设计有助于减小波浪荷载和削弱桥梁基础局部的流速增大与流速集中现象。

钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点静载试验及极限承载力计算研究

为了解钢桁腹-混凝土组合箱梁(顶、底板为混凝土结构,腹杆为钢结构)外接节点在水平荷载作用下的受力性能,以某钢桁腹-混凝土组合箱梁桥方案为背景,选取钢腹杆轴力最大节点设计、制作缩尺比为1∶3的钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点试件(由混凝土弦杆、方形钢腹杆、节点板组成,原混凝土板简化为混凝土弦杆)并开展静载试验,分析外接节点试件静载试验现象及破坏模式、荷载~位移曲线,以及混凝土弦杆、节点板和钢腹杆的应力分布规律,并基于有效宽度法及撕裂面法与最大强度准则提出外接节点极限承载力计算方法。结果表明:外接节点试件的破坏模式为节点板拉剪断裂失效,极限承载力为设计荷载的5.71倍,承载能力满足要求;混凝土弦杆压应力沿加载方向逐渐减小,沿竖直方向从上往下逐渐增大;节点板应力沿加载方向总体上先增后减,外露节点板是节点受力的关键构件;外接节点极限承载力由节点板和钢腹杆中较弱者控制,采用所提出的计算方法得到的外接节点极限承载力计算值与试验结果相差小于6%。

海啸作用下跨海桥梁上部结构流-固耦合数值研究

海啸是威胁跨海桥梁安全的主要灾害之一,深入研究海啸与桥梁上部结构耦合作用过程,明确桥梁上部结构波浪力以及桥梁支座受力状态对跨海桥梁安全具有重要意义。该文采用开源软件OpenFOAM建立二维数值水槽,以溃坝波模拟海啸,通过求解RANS方程来获取流体运动,并采用k-ε湍流模型解决RANS方程的封闭性问题,以弹簧-质量-阻尼体系模拟桥梁上部结构运动体系,通过流体与质量-弹簧-阻尼体系间实时数据传递,模拟海啸与桥梁上部结构之间的耦合效应。并利用溃坝波解析解及已有的试验数据验证了数值模型的可靠性。在此基础上,通过对比在水平方向采用刚性约束或不同刚度的弹性约束时上部结构的波浪力,研究了流-固耦合效应以及约束刚度对桥梁上部结构波浪力的影响,同时分析了在海啸作用过程中桥梁各支座的受力状态。结果表明:该文建立的数值模型能够准确地模拟海啸波浪与结构耦合作用过程;考虑流固耦合效应后,上部结构受到的最大波浪力明显减小,水平力最大值减小16.8%~21.0%,竖向力最大值减小15.5%~19.5%;相比于上部结构水平波浪力,支座承受的水平力波动更明显且其最大值达到上部结构水平力的1.25倍;迎浪侧支座在不同时刻存在拉和压两种不同工作状态,其最大拉力达到上部结构竖向波浪力最大值的90%以上;背浪侧支座仅承受压力,其最大压力约为迎浪侧支座最大压力的1.11倍~1.55倍。

大跨度悬挂式单轨钢箱组合梁总体设计及关键技术研究

悬挂式单轨是一种轻型、中速、低成本的新型轨道交通方式,结构轻盈、美观,但是当跨越河流、沟壑等障碍时,存在明显短板。从结构受力、运行安全角度出发,提出一种在斜拉桥的主梁上架设轨道墩柱和轨道梁的新型组合梁结构方案,突破常规悬挂式单轨跨越能力受限的壁垒。为研究斜拉桥主梁与轨道梁墩柱结合部位复杂的受力情况和传力路径,采用ANSYS软件分别建立钢箱梁区段和混凝土箱梁区段有限元模型。结果表明:钢箱梁区段,墩柱荷载主要传递给与之直接相连的横隔板以及中腹板,其中,横隔板受力比较均匀,中腹板受力主要集中在以墩柱为中心,半径约2 m的范围内,基本可以传递至钢梁底板。墩柱轴力的58%传递给与之直接相连的横隔板;墩柱横桥向弯矩的传递过程中,58.8%的剪力传递给与之直接相连的横隔板;墩柱顺桥向弯矩的传递过程中,53.4%的剪力传递给中腹板;混凝土箱梁区段,墩柱荷载主要传递给与之直接相连的混凝土腹板、横隔板。混凝土受力主要集中在以结合面为中心,半径约2 m的范围内,墩柱荷载在结合面以下约0.5 m的范围内基本完成传递,墩柱轴力的68.8%传递给与之直接相连的横隔板;墩柱横桥向弯矩的传递过程中,86.4%的剪力传递给与之直接相连的横隔板;墩柱顺桥向弯矩的传递过程中,44.6%的剪力传递给中腹板。

施工期跨海桥梁矩形设置基础波流力研究

为给跨海桥梁矩形设置基础施工提供参考,研究跨海桥梁矩形设置基础定位下沉过程中墩位水深及结构吃水深度对其波流力的影响。基于垂向多层σ坐标变换模型和大涡模拟LES方法建立三维波浪-流与结构物相互作用的数值仿真模型,分析不同水深及结构吃水深度时,单独波浪作用和波流共同作用下矩形设置基础的波流力及其统计值和流场分布特征,并提出施工期矩形设置基础下沉过程波流力简化算法。结果表明:矩形设置基础在定位下沉过程中,垂直来流传播方向的结构阻水面积随之增大,流场的复杂绕射作用使得波流力峰值呈非线性增大趋势;由于浅水波在整个水深范围影响都比较大,矩形设置基础波流力对结构吃水深度的变化相对深水条件更为敏感;结构波流力峰值不对称系数随吃水深度增加逐渐减小,且波流力表现为正向峰值大于负向峰值的强烈不对称性特点;随着结构吃水深度增加,单独波浪作用、波流共同作用时,在流场复杂绕射作用下,矩形设置基础迎浪侧的波面爬高增大,涡脱现象愈加明显;提出的跨海桥梁矩形设置基础下沉着床过程波流力简化算法可用于估算设置基础施工期波流力。

“工程结构多场耦合理论与方法”科研在教学实践中的应用

以近海桥梁典型箱梁结构形式波流力试验为案例,结合多场耦合理论与方法,探究工程结构多场耦合试验研究在教学实践中的应用。启发学生自主学习多场耦合理论与方法,并举办以小组为单位的汇报竞赛,达到“以赛促教、以赛促学”的目的。通过科研反哺教学,学生的成绩、课堂参与意愿及注意力都有显著提升,为相关前沿科研在教学实践中的应用提供一定参考。

超声引导下肌间沟入路臂丛神经阻滞麻醉的临床效果分析

目的:探讨超声引导下肌间沟入路臂丛神经阻滞麻醉的临床效果。方法:选取2021年2月—2022年2月于江苏省东台市人民医院收治的60例行肌间沟入路臂丛神经阻滞麻醉的患者作为研究对象,按照电脑盲选方式分为对照组与观察组,各30例。对照组行传统方式阻滞,观察组行超声引导下方式阻滞。比较两组麻醉效果、阻滞起效与持续时间、阻滞前后心率及平均血压、术后疼痛情况。结果:观察组麻醉总有效率高于对照组,差异有统计学意义(P=0.023)。观察组阻滞起效时间短于对照组,阻滞持续时间长于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。阻滞前,两组心率、平均血压比较,差异无统计学意义(P>0.05);阻滞后,两组心率高于阻滞前,平均血压低于阻滞前,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组术后疼痛评分低于对照组,差异有统计学意义(P=0.001)。结论:超声引导下肌间沟入路臂丛神经阻滞麻醉的临床效果显著,可缩短麻醉起效时间,延长麻醉持续时间,缓解患者疼痛症状,建议应用并予以推广。

基于车桥耦合振动的双层六线铁路桥梁疲劳性能评估

为探究双层六线铁路列车-桥梁系统耦合振动的空间效应,通过数值方法实现了车桥耦合振动的仿真计算,确定了空间影响规律及全桥最不利杆件位置,并应用于疲劳损伤评估.结合实际列车开行频率建立车桥系统仿真模型,获取桥梁变幅应力时程,并基于Miner线性损伤累积理论与S-N曲线进行疲劳损伤分析.结果表明:空间行车工况下车桥动力响应满足规范要求;相较于平面行车,空间行车时车辆动力响应增大,且动车组比货物列车增幅更明显,动车组安全性指标的空间-偏载系数达到3.808;空间行车对桥梁的横向位移影响严重,影响系数达到1.546;空间行车时桥梁各关键杆件的疲劳损伤指数出现不同程度的增幅,最高可达48.21%;桥梁服役期间主桁最不利杆件连接细节处疲劳损伤度为0.509.

极端波浪作用下跨海箱形桥梁上部结构流固耦合特性研究

跨海桥梁面临着海洋环境中极端波浪的巨大威胁,波浪-结构的耦合作用特性是跨海箱形桥梁上部结构的极端波浪设计中需考虑的关键问题。采用OpenFOAM程序基于有限体积法离散不可压缩流体的Naiver-Stokes方程,并结合SST k-ω湍流模型模拟极端波浪的生成、传播及冲击作用,以弹簧-质量-阻尼系统模拟箱梁上部结构运动体系,并基于动网格方法构建极端波浪与箱梁上部结构相互作用的多相流耦合模型。通过与模型水槽试验结果和已有文献的仿真结果的对比验证该耦合模型的有效性,随后利用该耦合模型探究了波浪参数、结构特性及约束刚度等参数对箱形桥梁上部结构波浪荷载、动力特性及支座力的影响规律。结果表明:结构与流体的耦合效应导致箱形桥梁上部结构所受波浪荷载的波动增大和极值减小,其中水平波浪力最大降低28%,竖向波浪力最大降低22.5%,考虑流固耦合能更为合理地反映极端波浪作用下跨海箱形桥梁上部结构的实际波浪荷载;随着结构自振周期的增大,箱形桥梁上部结构所受的水平弹簧约束刚度下降,进而导致箱形桥梁上部结构的水平位移增大;在跨海桥梁上部结构的支座设计中不仅需要考虑上部结构所受波浪荷载,还应考虑结构运动及流固耦合效应对支座力的影响。

跨海桥梁圆端形基础波流力缩尺效应研究

为研究跨海桥梁圆端形基础在波流力作用下的缩尺效应,以西堠门公铁两用大桥圆端形基础为背景,通过流体计算软件Flow-3D模拟数值水槽,建立6种缩尺比(1∶1,1∶15,1∶25,1∶50,1∶75,1∶100)圆端形基础数值模型,基于RNG k-ε湍流模型、雷诺平均方程以及VOF自由液面捕捉法,计算各数值模型所受波流力及其周边水力特性并对比分析,并将1∶1的圆端形基础数值模型所受波流力与规范计算结果对比。结果表明:在波流作用下,圆端形基础周围会出现流速集中现象,缩尺比减小该现象不再明显,但周围流速分布特点大致相同;对于圆端形基础受到的水平波流力,1∶1模型结果小于缩尺模型结果,综合考虑峰值与谷值缩尺模型结果,建议在西堠门公铁两用大桥试验研究中采用1∶25缩尺比;依据现有规范用等效的圆形或矩形估算圆端形结构所受水平波流力,为1∶1圆端形结构数值模拟结果的1.60~1.77倍和1.49~1.70倍,据此进行设计仍可保证结构安全性。

环泊酚联合瑞芬太尼应用于无痛胃镜检查的效果观察

目的分析在无痛胃镜检查中环泊酚、瑞芬太尼联合用药的应用效果。方法选取本院接受无痛胃肠镜检查的76例患者,分成对照组和观察组,对照组患者应用丙泊酚联合瑞芬太尼,观察组患者应用环泊酚联合瑞芬太尼,对比给药前(T_(0))、给药后即刻(T_(1))、胃镜进入咽喉时(T_(2))及检查结束时(T_(3))收缩压(SBP)、心率(HR)及(SpO_(2))变化情况,统计两组不良反应情况。结果T_(0)及T_(3)时两组SBP、HR水平无明显差异(P>0.05),T_(1)及T_(2)时两组比较,观察组具有更高的SBP及HR值(P<0.05),两组T_(0)至T_(3)时SpO_(2)水平无明显差异(P<0.05)。观察组不良反应总发生率低于对照组(P<0.05)。结论在无痛胃镜检查中应用环泊酚联合瑞芬太尼能取得理想的镇静及麻醉效果,麻醉期间患者生命体征更加稳定且患者不良反应更少,应用价值较高。

大跨度斜拉桥超宽幅箱梁双拉索钢锚箱结构行为研究

斜拉桥索梁锚固结构承受着巨大的动静力荷载,其安全性和耐久性是斜拉桥控制设计的关键点。以宜宾临港长江公铁两用大桥双拉索锚箱式索梁锚固结构(钢锚箱)为研究对象,取该桥塔最大索力处对应的钢锚箱进行1∶3缩尺模型试验,结合有限元计算结果进行对比验证,系统地研究钢锚箱的传力机理;对钢锚箱重要板件进行厚度参数敏感性分析,探讨其对索塔锚固区受力性能的影响。分析结果表明,在屈服荷载下,钢锚箱大部分结构受力情况良好,重要板件应力均处于屈服应力以下,证明结构安全可靠;钢锚箱内部锚腹板厚度对锚箱整体结构应力分布影响较大,随着锚腹板厚度增加,锚箱式锚固构造整体应力分布趋于均匀,峰值应力变小。

疲劳荷载作用后钢-混凝土组合外接式节点静载性能试验研究

为研究疲劳荷载对钢桁腹-混凝土组合外接式节点静力性能的影响,设计并制作了3个1∶3节点模型,分别进行了静载破坏试验和疲劳后静载破坏试验,获得了节点破坏模式、荷载-位移曲线及节点板荷载-应变曲线,研究了节点屈服荷载、极限荷载、节点刚度及延性系数等力学性能指标的变化.试验结果表明:节点板是组合节点受力关键构件,节点板破坏是外接式节点的典型破坏模式;疲劳荷载对节点屈服前的受力性能影响较小,但对节点屈服后的受力性能影响显著;与仅承受静载的试件相比,未疲劳破坏试件的极限承载力减小4%,延性系数减小28%,有疲劳破坏试件的极限承载力减小25%,延性系数减小52%;疲劳裂纹引起了节点板应力重分布,增大了无疲劳裂纹区域的应变,且应变增长率随着与疲劳裂纹距离的增加而减小.

案例式情景模拟教学对实习医生心肺复苏掌握情况的影响

目的分析案例式情景模拟教学对实习医生心肺复苏掌握情况的影响。方法以2020年1月—2022年1月东台市人民医院收入的实习医生62名为研究对象,采用随机数字表法分为对照组(31名)和观察组(31名)。对照组采取传统教学方式,观察组采取案例式情景模拟教学方式,两组均教学3个月。统计两组教学3个月后考核情况、课程内容评价、学员对教学效果评价、教学满意度。结果教学完成后,观察组理论考试成绩、实践考试成绩、情景模拟考核成绩高于对照组,胸外按压、电除颤考核通过率、理论知识总掌握率、实践能力总提升率(93.55%、90.32%、93.55%、90.32%)高于对照组(70.97%、67.74%、74.19%、67.74%),差异有统计学意义(P<0.05)。教学完成后,观察组教学效果评价学员占比[对教学模式感兴趣、学习收获良好、课堂气氛活跃、可提高观察和应变能力、可提高专业知识、可提高临床操作规范程度、可促进人文关怀改进、可提高医患沟通能力、可增强团队协作能力(87.10%、90.32%、93.55%、87.10%、93.55%、93.55%、87.10%、90.32%、93.55%)]高于对照组(64.52%、64.52%、67.74%、64.52%、74.19%、70.97%、64.52%、67.74%、67.74%),差异有统计学意义(P<0.05)。教学完成后,观察组总满意率(93.55%)高于对照组(74.19%),差异有统计学意义(P<0.05)。结论案例式情景模拟教学对实习医生进行心肺复苏及喉罩建立气道进行教学,可有效提高学员考核成绩、技能考核通过率,改善学员对课程内容及教学效果评价,提高其满意度及团队技能,教学效果较好。

规则波浪作用下对称八边形沉井受力数值模拟研究

为研究对称八边形沉井结构较传统沉井结构对周围流场遮蔽效应与受力激增的改善作用,采用数值模拟方法进行沉井结构受力特性分析。基于RNGκ-ε湍流模型及RANS方程,采用Flow3d软件建立水槽三维数值模型,在验证数值模型有效性的基础上,分析对称八边形、圆端形和矩形沉井结构在入射角为0°、30°、45°、60°、90°的规则波浪作用下,各结构周围流场的流速分布特性与波浪力,并与《港口与航道水文规范》(JTS 145—2015)的计算结果对比。结果表明:对称八边形沉井结构可有效改善传统沉井结构对周围流场的遮蔽效应与受力,使结构周围流场流速分布更均匀;与入射角为0°相比,入射角为30°~60°时,对称八边形、圆端形、矩形沉井结构所受的最大总水平波浪力激增1.5~1.8倍,建议在实际工程设计中考虑入射角的影响;入射角为90°时,规范计算的矩形沉井结构波浪力低于数值模型计算的对称八边形沉井结构波浪力。入射角为0°~90°时,规范计算的圆端形沉井结构波浪力均高于数值模型计算的对称八边形沉井结构,建议采用圆端形沉井结构计算方法指导对称八边形沉井结构设计。

线性剪切流作用下设置沉井施工期受力特性研究

为研究水流作用对设置沉井施工期受力特性的影响,采用线性剪切流模拟非均匀流,建立水流-圆形设置沉井相互作用模型,分析不同施工阶段圆形设置沉井与水流的相互作用情况,并与均匀流作用进行对比。结果表明:线性剪切流作用下圆形设置沉井水流力及水流力矩随流速的增加均呈平方关系。线性剪切流呈表面流速大、底层流速小的规律,对结构尾流区的涡漩有显著抑制作用,与均匀流作用相比,线性剪切流作用下结构受力偏小。随着沉井不断下沉,结构吃水深度增加,过水断面进一步压缩形成了绕流,引起局部压力及水流力成倍增加。

哑铃型桥梁结构畸形波浪力水槽试验及简化算法

为研究畸形波浪参数对新型哑铃型桥梁结构波浪力的影响,开展一系列波流水槽模型试验.首先,分析谱峰频率、频率范围及聚焦位置对哑铃型桥梁结构周围的波面时程图及波峰的影响;其次,阐明上述波浪参数对结构畸形波浪力时程图及波浪力峰值的影响规律;最后,基于经典绕射理论,提出适用于新型哑铃型桥梁结构畸形波浪力谱的简化计算方法.研究结果表明:谱峰频率、聚焦位置及频率范围对结构周围的波面位移影响均较小,差异均小于3%.谱峰频率和聚焦位置对哑铃型桥梁结构畸形波浪力有较大影响,当谱峰频率从0.6 Hz增加到1.1 Hz时,顺波向波浪力呈先增后减的变化趋势,变化幅度最高达11.0%,垂向浮托力则下降了57.0%;当频率范围从0.5 Hz增加到0.8 Hz时,顺波向波浪力下降了2.1%,垂向浮托力增大了5.9%;当聚焦位置从结构物的迎浪侧移动到背浪侧时,引起的结构顺波向波浪力变化幅度小于5%,垂向浮托力变化幅度小于3%.经过试验数据和理论分析结果的对比表明,基于绕射理论提出的简化算法可有效计算畸形波作用下哑铃型桥梁结构的波浪力谱模型.

孤立波浪边界干扰下流线型箱梁气动特性

近海流线型箱梁主梁距水面较低时,气动特性极易受到极端波浪边界的干扰.为研究极端波浪边界干扰下流线型箱梁气动特性,以孤立波浪模拟极端波浪,基于FLUENT软件,采用铺层网格技术建立了模拟运动孤立波浪边界干扰下流线型箱梁气动特性的数值模型;利用所建立并验证的数值模型研究了不同参数下运动孤立波浪边界对流线型箱梁气动特性(静气动力系数、涡量场以及平均压力系数和脉动压力系数分布)的干扰.分析结果表明:不同孤立波浪边界运动速度干扰下流线型箱梁气动特性明显区别于无波浪工况;随波浪边界运动,迎风角处剪切层方向相比于梁底转折角处(8°风攻角)及梁顶转折角处(-8°风攻角)剪切层方向变化明显;在运动孤立波浪边界干扰下,箱梁抖振响应会随风攻角幅值增大呈增大趋势.

新型双拉索钢锚箱偏载试验研究

临港公铁两用长江大桥索梁锚固结构采用了新型双拉索钢锚箱,当两根拉索出现一根拉索断索或者换索时,钢锚箱受力出现极端工况,存在破坏的可能性。为探究新型双拉索钢锚箱结构在断索极端状况下的受力性能,根据缩尺理论设计缩尺模型试验进行研究分析。结果表明:在偏载荷载作用下,钢锚箱整体刚度约为450 kN/mm,在2.5倍设计荷载作用下,结构整体仍然处于弹性受力状态;在偏载作用下,偏载侧整体受力大于非偏载侧,锚固板与承压板外缘接触的位置受力较大,偏载侧最容易出现破坏。临港长江桥双拉索钢锚箱具有良好的受力性能,在断索偏载工况下整体仍然处于弹性状态,具有较大的安全储备。