地震-波浪联合作用下考虑冲刷效应的跨海斜拉桥振动台试验研究

针对跨海桥梁服役期内可能遭受地震、波浪以及冲刷效应影响的问题,开展地震与波浪联合作用下考虑冲刷效应的跨海斜拉桥振动台试验,研究地震与波浪联合作用下冲刷效应对斜拉桥动力特性及关键截面动力响应(加速度、位移和应变)的影响规律。研究表明:随着冲刷深度的增加,斜拉桥自振频率逐渐降低;冲刷深度的增加,降低了桥塔桩基础侧向约束,引起地震与波浪联合作用下桩顶动力响应明显增大,且增幅比其他位置更为显著;边墩墩顶加速度和相对位移均大于辅助墩墩顶,桥墩抗震设计时,应采用不同配筋率和不同的截面尺寸对边墩和辅助墩开展差异化设计;考虑冲刷效应明显增大了地震与波浪联合作用下塔底、边墩和辅助墩墩底等关键截面的应变,相较于无冲刷工况,大冲刷工况下塔底、边墩及辅助墩墩底应变分别增加39%、36%和42%,抗震设计时应高度重视。

考虑冲刷效应的大跨桥梁地震-风-车-桥耦合振动分析

为研究冲刷效应对地震与风联合作用下大跨桥梁动力响应的影响,在已建立的地震-风-车-桥耦合振动分析模型基础上,利用p-y曲线(p为土阻力,y为变形)折减法考虑不同冲刷深度的桩土荷载-位移关系,根据桩土荷载-位移关系和冲刷深度更新桩基的侧向支撑刚度和长度,从而考虑了冲刷效应对大跨桥梁动力响应的影响,并将模型应用到江顺大桥冲刷效应的分析研究中.研究结果表明:基础冲刷减弱了地基土对结构的侧向约束,从而降低结构的自振频率,侧向振型的自振频率最大降低6.01%;在运营车辆和风荷载作用下,基础冲刷对结构的振动响应影响很小;在地震发生后,基础冲刷会增大结构的横向振动,结构的横向位移响应极值最大增大9.1%,横向位移响应谱也相应增大,而对结构的竖向振动影响很小;基础冲刷可能减小车辆横向加速度的响应,车辆的横向加速度响应极值最大降低7.7%,对车辆的竖向振动影响很小.

考虑冲刷效应的大跨度斜拉桥桩基地震易损性分析

冲刷效应会严重影响桥梁桩基的侧向支撑能力,为保证桥梁在地震作用下的抗震性能,有必要对冲刷作用下的桩基进行地震易损性分析。首先分析了桥梁冲刷深度的计算方法,然后采用有限元软件SAP2000建立了某跨江斜拉桥的数值模型,基于桥梁地震易损性分析理论,确定了斜拉桥桩基的损伤指标,并对桩基在不同冲刷深度下的地震需求进行了分析,从而得到了桩基地震易损性曲线,探究了不同冲刷深度对斜拉桥桩基抗震性能的影响。研究表明:随着地面峰值加速度PGA增加,不同损伤状态下的桩基损伤概率也在不断增加,其增速整体呈现先快后缓的趋势;当PGA较小时,桩基损伤概率较小并且损伤概率的增长也较为缓慢,表明桩基处于弹性阶段;当PGA中等时,桩基的损伤概率显著增加并且增长速度较快,表明桩基已进入弹塑性阶段;当PGA较大时,桩基的损伤概率在不断增加,但其增长速度明显减慢,表明桩基已到达塑性状态;同一损伤状态,随着冲刷深度增加,桩基的损伤概率也在不断增加。

上海城市降雨径流污染时空分布与初始冲刷效应

选取上海市中心城区典型功能区监测降雨事件,研究降雨径流污染时空变化及初始冲刷效应。研究表明,上海中心城区路面径流主要污染物为TSS和CODCr,超出国家地表水Ⅴ类标准四倍多;总磷超出Ⅴ类水质标准两倍以上,氮素营养盐也有不同程度的污染。污染物含量在不同功能区之间显示出相似的分布趋势,交通区明显高于其他区域,其次为商业区和工业区,居民区情况较为良好。降雨强度是影响初始冲刷效应的主要因素,强度较大的降雨冲刷效应较为明显;不同功能区之间,商业区初始冲刷效应较强,其次为居民区和工业区,交通区冲刷强度较弱;TSS和CODCr在商业区和工业区冲刷强度要大于氮磷污染物质;而在交通区和居民区分异特征不明显。

城市暴雨径流初始冲刷效应和径流污染管理

城市暴雨径流污染初始冲刷效应在城市径流污染的研究中占有很重要的地位,总结和分析了国外对城市暴雨径流污染初始冲刷的研究状况和存在的问题,对不同的初始冲刷定义进行分析和比较,建议采用初期30%的径流中携带了整个降雨事件污染物总量的80%这一初始冲刷定义,可以比较合理的对初期径流中污染物进行定量,从而为径流污染的治理提供方便;提出了处理初期径流污染物和保护受纳水体的管理方法,可为我国城市暴雨径流污染的治理提供科学的理论基础和借鉴。

城市降雨径流污染初始冲刷效应对BMPs选择的启示

指出城市降雨径流污染初始冲刷效应(FFE)在城市非点源污染的研究中占有重要地位。综述FFE的判定及大小定量化方法、季节性FFE的概念和污染物的相态对FFE的影响。FFE初中期雨水径流污染物浓度高的特性,为选择经济高效的最佳管理措施(BMPs)提供了理论依据和重要启示。结合FFE及冲刷过程中污染物的形态提出的工程BMPs,能使资源配置和污染控制效果达到最优化,为城市公共管理部门的决策和实践提供建议。

广州市典型社区单元面源污染初期冲刷效应

为了向初期雨水截留控制提供基础数据,研究广州市社区单元面源污染初始冲刷效应,采集并分析研究区域中3场降雨道路、屋顶和绿地径流的污染物情况,利用无量纲累积曲线、初期冲刷系数及质量初期冲刷强度指数MFF对径流污染物BOD_5、COD_(Cr)、TSS、NH_3-N、TP、TN的初期冲刷效应进行定性分析和定量分析。结果表明,绿地和屋顶比道路更易发生初期冲刷效应,且冲刷强度一般比道路强,而绿地在连续降雨后初期冲刷效应更加明显;各种初期冲刷污染物中,TN初期冲刷效应更为显著,TP和NH_3-N次之;采用MFF指数法可以得到较为可靠的定量化结果,建议采用该方法作为初始冲刷效应分析方法。

合流制排水系统降雨径流污染物特征及初期冲刷效应

合流制排水系统降雨期间高污染溢流污水直接排入水体对水体质量有明显影响,其径流污染物输出特征和初期冲刷效应受排水区类型、面积、降雨特性等多种因素影响。为此,选取昆明市典型合流制排水系统明通河流域不同类型集水区进行降雨径流监测,研究合流制排水系统降雨径流污染物输出特征及初期冲刷效应。结果表明:合流制排水系统初期合流污水污染物质量浓度明显高于后期,不同污染物输出特征、形态差别较大,溶解态氮是N污染物的主要赋存形态,而P污染物主要以颗粒态形态存在。管道沉积物是合流污水重要的污染来源。年内次降雨污染物平均质量浓度以雨季初期降雨最高,中期降雨质量浓度最低,雨季后期质量浓度较中期略有上升。不同类型集水区N、P质量浓度排序为:居民区>城市综合型>综合型>城郊结合型。降雨量是影响初期冲刷效应的关键因素,雨量大的降雨初期冲刷效应明显。

苏州市古城区降雨径流中不同形态磷的动态污染特征及初期冲刷效应

为研究苏州古城区降雨径流中磷的污染情况,以古城区中商业区、现代住宅区、老旧住宅区、交通区及园林旅游区为研究对象,于2015年4~8月分5次采集路面降雨径流水样,采用降雨事件污染物平均浓度法和M(V)累计曲线法,分析了磷的污染特征及初期冲刷效应。结果表明,5次降雨的污染物平均浓度的平均值由大到小依次为商业区>交通区>老旧住宅区>园林旅游区>现代住宅区,除现代住宅区外,其他各功能区TP的污染物平均浓度值均超过地表水Ⅴ类标准,且TP均以PP为主要输出形态;各功能区中TP浓度随径流历时的变化规律基本相似,径流初期TP浓度较高,随后呈下降趋势,最终趋于稳定;随着径流历时的延长,商业区、老旧住宅区、园林旅游区径流中PP/TP逐渐减小,现代住宅区则相反,而交通区基本不变,一直以PP为主导;在交通区和老旧住宅区的初期冲刷效应明显,商业区和园林旅游区难以鉴定,现代住宅区则未出现。可见城市古城区各功能区的面源污染控制需区别对待。研究成果为进一步分析苏州古城区的面源污染情况奠定了基础。

广州校园区降雨径流污染的初期冲刷效应

对广州市华南理工大学五山校区2012年6-8月4场次实测降雨径流污染的初期冲刷效应进行了研究，结果表明，污染物TSS、COD、TN、TP、TCu、Zn、总硬度、NO2--N、NH3-N、SO2-4等均存在不同程度的初期雨水径流冲刷现象．根据其中3场次降雨的总体结果分析发现：初期20％径流携带的TSS负荷量为其总量的7.0％～39.4％，COD为20.4％～56.0％，TN为13.8％～35.2％，TP为16.0％～35.2％；初期30％径流携带的TSS负荷量为其总量的18.6％～56.1％，COD 为37.8％～72.6％，TN 为22.8％～43.2％，TP 为24.3％～53.1％．对主要污染物TSS、COD、TN、TP的初期冲刷强度与降雨时间、降雨量、平均雨强、最大雨强、最大雨强出现时间、雨前干燥天气期之间的相关性分别进行分析，结果表明，除个别因素显著相关外，总体上表现为相关但不显著或不相关．

考虑冲刷效应的黄土沟壑区桥梁桩基极限承载力计算方法

针对黄土沟谷地形特点和依托工程桩型特征,建立了考虑边坡系数和临坡距以及冲刷深度的桥梁桩基竖向承载力计算模型,利用FLAC3D三维软件分析水流的冲刷深度、边坡土削切对桥梁桩基竖向极限承载能力产生的不良影响;通过回归方程拟合,建立了考虑局部冲刷效应的黄土沟壑地区计算公式。结果表明:计算桩基承载力的边坡系数与对应坡距耦合关系显著,桥梁桩基侧向摩阻力与对应因素的关联性随其摩阻力降低而增强;局部冲刷作用和陡坡地形对桥梁桩基端部摩阻力影响较为微弱,对侧摩阻力影响相对较大;桩基的竖向极限承载力负相关于水流冲刷深度,水流冲刷深度越低,产生的影响越大;桥梁桩基的竖向承载力公式计算结果与模型试验结果相比影响度偏差较小,该公式具有较好的准确性与实用性,可为同类桩基设计计算提供参考。

电子束点焊熔池的液态金属冲刷效应作用规律

为了更深入地探究电子束焊接过程中的机理问题,基于对电子束点焊熔池中液态金属冲刷效应的理论分析,利用边界层理论对该效应进行数学建模.使用有限体积法数值软件Fluent,对20mm厚的2219铝合金电子束点焊熔池的温度场和流场进行三维瞬态数值模拟,研究了液态金属冲刷效应对熔池的作用规律.模拟结果表明,液态金属冲刷效应会对熔池温度场、匙孔稳定性、熔池流场和固液界面形状与位置四个方面产生影响.模拟结果与试验结果吻合良好,验证了数学模型的合理性.

考虑冲刷效应的钢筋混凝土拱桥桩基地震易损性分析

冲刷将侵蚀桥梁桩基周围的土体,致其侧向约束减弱,影响桥梁结构的受力行为,这对于拱桥结构而言更甚。鉴于此,以某三跨连拱坦拱桥为例,依托SAP2000软件建立全桥有限元模型,通过m法模拟桩土相互作用,采用曲率延性作为桩基的损伤指标,基于增量动力分析方法,计算出不同地震等级下的曲率响应峰值,进而给出不同冲刷深度时,主拱桩基对应轻微损伤、中等损伤、严重损伤和完全破坏状态的地震易损性曲线。研究表明:在一定冲刷深度范围内,拱桥桩基的损伤概率随冲刷深度增加而加剧;当冲刷深度超过一定值后,桩基的地震损伤概率明显减小。同时,拱桥桩基冲刷深度达到3m后,恒载作用下,主拱承台的顺桥向变形略微增大,其在地震下的位移响应也随PGA增加而非线性增大。可见,桩基础冲刷至一定深度时,静/动力荷载均可能影响桥梁结构的安全性。因此,拱桥桩基需合理考虑桩基防冲刷措施,且抗震设计时需考虑冲刷深度对拱桥桩基地震易损性的影响。

考虑冲刷效应的曲线钢梁桥动力响应研究

针对受冲刷影响的曲线钢梁桥的动力响应开展研究。首先计算了不同冲刷深度下桥梁自身的动力特性,结果显示冲刷会显著降低结构的横向基频。采用随机振动谱分析方法计算桥梁波激振动响应,采用瞬态动力时程分析方法计算桥梁风致振动响应及车致振动响应,分析结果表明,冲刷深度对波浪、风、车辆引起的桥梁结构横向振动均具有显著影响。最后通过开展现场实测验证了以上分析结果。

初始冲刷效应在农村雨水利用中的应用

通过理论分析暴雨径流初始冲刷效应的影响因素,提出在农村雨水利用中,通过控制集雨面的制作、加强集雨面的维护等措施,强化初始冲刷效应,以少量的初期雨水携带大部分的污染物,从而改善后蓄雨水水质。

北京城市典型下垫面降雨径流污染初始冲刷效应分析

城市硬化地表的迅速增加使得降雨径流量增加,屋面和路面等下垫面上污染物的大量累积并随径流进入城市排水系统,对城市水环境造成威胁.为了解径流污染过程和给径流污染控制提供科学依据,于2004～2006年选取典型屋面和路面对径流污染过程进行了监测和分析,计算了两种径流的次降雨平均浓度(EMC)水平,发现两类径流的COD和TN污染较为严重;屋面径流的化学需氧量(COD)、总氮(TN)分别超标(地表水环境质量标准GB 3838-2002 V类)3.64和4.80倍;路面径流的COD、TN分别超标3.73和1.07倍.利用M(V)曲线,判断径流量同径流污染负荷的关系,发现屋面径流污染物总悬浮颗粒物(TSS)、COD、TN和总磷(TP)发生了不同程度的初始冲刷现象;路面初始冲刷现象主要表现为TSS和TP,总体上初始冲刷效应不明显.汇水面性质、降雨强度、污染物累积状况等都是影响屋面和路面径流污染物排放特征的重要影响因素.

西安市城市主干道路面径流初期冲刷效应

以西安市城市主干道南二环太白路高架桥为路面径流采样区域,采用人工等时间间隔采样方法,在桥梁排水立管对2010年9—11月的3场径流事件进行全程采样,测试径流过程SS、COD、溶解性COD、NH3-N、Pb、溶解性Pb、Zn和溶解性Zn的浓度变化,研究路面径流的初期冲刷效应及其影响因素。结果表明,西安市城市主干道路面径流污染严重,降雨数小时后的末期径流仍具有较高的污染水平;径流过程污染物浓度变化规律与其赋存形态有关,SS、COD、Pb等以颗粒态为主的污染物的浓度随雨强变化剧烈波动,NH3-N、溶解态COD、溶解态Zn等以溶解态为主的污染物浓度变化受雨强影响较小,随径流过程呈逐渐减小趋势;路面径流初期冲刷现象并非普遍存在,与污染物的赋存状态和场次降雨特征密切相关,溶解态污染物易于出现初期冲刷现象,颗粒态污染物是否出现初期冲刷与场次降雨特征有关;测试的3场径流事件初期30%的径流携带的SS、COD、溶解性COD、NH3-N、Pb、Zn和溶解性Zn的负荷占场次径流总负荷的比例分别为21.8%～50.0%、25.5%～49.3%、36.3%～52.6%、52.6%～66.7%、26.8%～45.0%、27.2%～63.4%和36.2%～62.6%,表明仅对初期径流进行治理无法实现对西安市路面径流污染的有效控制。

温州城市降雨径流磷的负荷及其初始冲刷效应

监测了温州2个采样区5场较为典型的降雨过程,测定了不同下垫面径流pH值以及总磷(TP)、溶解态磷(DP)、颗粒态磷(PP)、总无机碳(TIC)、总有机碳(TOC)、总悬浮颗粒(TSS)、BOD5、COD的含量.结果表明,温州城市降雨径流中TP、DP以及PP含量分别介于0.01～4.32 mg.L-1、ND～0.88 mg.L-1以及ND～4.31 mg.L-1之间,径流初期阶段PP占绝对主导地位,而在整个径流过程的中后期,大部分降雨径流中DP占TP的比重呈现出一个上升的趋势,屋面径流和汇流口径流这一情况尤其明显.从TP和DP的EMC值来判断,有些城市降雨径流会对下级受纳水体造成环境压力.同时,不同城市降雨径流中TP以及DP含量之间的差异显著,而不同的降雨条件也会影响降雨径流中磷的含量.根据M(V)累积曲线判断,TP初期冲刷效应在城市降雨径流中是较为普遍的;与TP相比,城市降雨径流中的DP比较难发生初始冲刷的情况.城市降雨径流中总磷的含量不但受下垫面类型的影响,而且与径流各种理化指标之间呈现出显著的相关关系.所有结果皆指出针对不同下垫面径流磷污染的治理工作应采用不同的最佳管理方案(BMPs),而降低径流TSS含量是削减其磷负荷的有效途径之一.

砂土中考虑冲刷的水平受荷桩等效应变楔方法

冲刷引起桩周土体的损失,研究冲刷效应对桩基水平承载特性的影响非常必要。基于桩前土体楔形受力的应变楔方法可以推导桩侧p-y曲线,进而分析水平受荷桩的受力变形特性,但只适于地表水平的情况。基于冲刷坑坑底以上土体的自重荷载对楔形体的开展范围进行深度等效,建立了冲刷条件下砂土中水平受荷桩的等效应变楔方法。通过与文献对比,验证了该方法的可行性。研究结果表明:冲刷深度增加,冲刷坑底宽度增大及冲刷坡角减小均会降低桩基水平承载性能。与仅考虑冲刷引起的桩侧极限抗力削弱的简化方法相比,本研究得到的桩基最大弯矩偏小。将冲刷坑底以上土层全部剥蚀的做法,忽略了冲刷深度内的土层作用,计算结果会偏于保守。

考虑冲刷作用效应桥梁桩基地震易损性分析

冲刷造成桩周土体的剥蚀将会削弱土体对桩基的侧向支撑能力,冲刷效应会对桥梁桩基的地震易损性产生影响,因此有必要对冲刷和地震共同作用下桥梁桩基的易损性进行研究。利用SAP2000软件建立三维桥梁有限元模型,通过非线性时程分析得到桥梁桩基地震响应峰值。采用概率性地震需求分析方法,建立不同冲刷深度下桥梁桩基地震易损性模型,在地震易损性函数假设为对数正态分布函数的基础上,通过回归分析得到概率模型中的参数,进而得到不同冲刷深度下桥梁桩基在不同破坏状态所对应的地震易损性曲线,并分析冲刷深度对桩基破坏概率的影响。研究结果表明:随着冲刷深度的增加,桥梁桩基在地震作用下的破坏概率显著增加。