基于MRT-LBM大涡模拟的桥梁气动参数数值仿真

为有效模拟桥梁结构的高雷诺数绕流及拓展格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)在桥梁抗风中的应用,将动态Smagorinsky亚格子涡黏性模型嵌入到多松弛时间格式的LBM中。在LBM中,亚格子涡黏性通过网格滤波和检验滤波两次滤波求得,网格滤波以LBM的格子网格为滤波尺度由LBM的局部非平衡矩直接完成,检验滤波在更大尺度上采用有限差分求解。利用亚格子涡黏性修正LBM的运动黏性,构造了一种可以模拟钝体高雷诺数绕流的LBM大涡模拟方法即MRT-LBM-DSM。采用MRT-LBM-DSM结合LBM的移动边界技术对苏通大桥主梁断面的静力三分力系数和气动导数进行了仿真计算。研究证明,MRT-LBM-DSM可以准确预测湍流流动,可用于桥梁主梁断面的高雷诺数绕流仿真和计算主梁断面的气动参数。

基于LBM流固耦合算法的桥梁颤振稳定性分析

为有效分析风-桥梁的相互作用和研究桥梁的颤振稳定性问题,发展了一种显式求解流固耦合问题的LBM数值模拟方法。将传统大涡模拟的亚格子涡黏性模型——动态Smagorinsky模型(dynamic Smagorinsky model,DSM)引入多松弛时间格式的格子玻尔兹曼方法(multiple relaxation time-lattice Boltzmann method,MRT-LBM)中,构造了一种显式运算的大涡模拟方法——MRT-LBM-DSM。采用MRT-LBM-DSM作为流场求解器;将结构视为弹性支撑于流场中的刚体,其运动方程采用Runge-Kutta法求解;利用格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)的移动边界技术更新流固耦合面的位置,实现了流固耦合问题的松耦合分区显式求解。基于提出的LBM流固耦合算法,编制计算程序对Great Belt东桥的颤振稳定性进行分析。研究表明,由LBM流固耦合算法计算得到的Great Belt东桥颤振临界风速与试验和其他数值结论吻合良好,初步说明LBM流固耦合算法可以较为准确地预测颤振现象的发生。

基于灰色层次分析法的桥梁施工方案多目标风险分析及评价

目的利用灰色层次分析法合理评估大跨度桥梁施工过程中的多种风险和确定最优施工方案.方法将层次分析法和灰色关联分析的方法有机地结合起来,建立灰色多层次综合评判(AHP-GRAY)模型,利用层次分析法计算评价指标各因素的权重,构造各项因素的比较数列和参考数列,计算各个方案的关联度,以此评估大跨桥梁施工过程中的各种风险,确定最佳施工方案.结果将灰色层次分析法用于北山大桥各种施工方案的风险分析及评价,得到该桥的最佳施工方案.结论基于灰色层次分析法的桥梁施工风险分析方法可以进行大跨桥梁施工过程中的各种风险分析和确定最佳施工方案.

近水平煤层矩形巷道锚固参数确定及数值实验

根据超静定理论,给出计算锚固参数的解析表达式.以山西大同地煤青瓷窑煤矿为研究背景,模拟当角锚杆倾斜角度改变时,锚杆最大剪应力及顶板垂直位移随倾角变化规律.研究结果表明:当该矩形巷道顶板所有锚杆均采用垂直布置时锚杆上最大剪应力及顶板位移均比较小,从塑性分析角度,验算在这种支护方案下锚杆不会进入塑性屈服,顶板岩层不会冒落,可以满足工程需要,所得结论对工程实际应用具有指导意义.

大跨度桥梁空间脉动风场的数值模拟

目的传统谐波合成法(WAWS法)计算量大、内存耗费多,为解决这一问题探讨一种高效又不失精度的脉动风场模拟方法.方法采用BP神经网络来拟合分解谱密度函数曲线,以减少互谱密度谱的Cholesky分解次数;同时运用离散快速FFT技术来减少谐波项合成所需要的时间,并结合桥梁自身的结构形式及风致响应特点,考虑脉动风场的有关特性,得到一种简化的三维脉动风速场模拟方法.分别采用现有的WAWS法和改进的WAWS法对一结构模型选取多点进行空间多个相关脉动风速的模拟.结果现有的WAWS法占用内存35.7MB,耗时134.9min;改进的WAWS法占用内存4.1MB,耗时间193s.改进的WAWS法计算效率明显提高.结论改进的WAWS法可以高效、准确地模拟出适合大跨度桥梁结构的随机脉动风场.

基于混合萤火虫算法的桥梁颤振分析方法

在进行颤振临界状态分析时需要求解高次非线性方程组,为了克服传统解法的缺陷,采用混合萤火虫算法对方程组进行求解。使用双参数优化模型,将桥梁颤振临界状态的求解问题转化为优化问题。为弥补萤火虫算法的不足,在萤火虫算法基础上,将量子遗传算法的量子计算、交叉和变异操作与萤火虫算法相结合,提出一种混合萤火虫算法。最后,通过若干试验对比分析,证实了该优化模型的可靠性及求解方法的有效性。

索网结构中的空间两节点悬链线索单元

为了分析索结构在荷载作用下的线性和非线性反应,根据索结构的受力特点,提出了一种可以充分考虑索结构非线性效应的空间两节点悬链线索单元。基于弹性悬链线的解析解,推导了索单元的切线刚度矩阵,通过迭代法求解了索结构的刚度矩阵和内力向量,利用该新型的索单元模型分析了静、动力荷载作用下结构的非线性行为,对于非线性静力分析,结构平衡方程采用牛顿迭代法求解;对于非线性动力时程分析,采用Newmark直接积分法和牛顿迭代法相结合的增量迭代法求解。数值分析结果验证了空间两节点悬链线索单元模拟索结构的精确性和可靠性。

移动荷载作用下轨道地基的位移反应

将车辆荷载等效为移动的动点荷载,地基等效为弹性半空间,利用改进的圆心位移影响函数法求解了轨道路基的竖向位移反应的解析解,探讨了离车辆荷载距离、车辆荷载振动频率、速度对位移的影响规律。研究表明离振源距离的增加,位移函数收敛的值逐渐减小;频率对位移的变化有明显的影响,位移函数收敛的趋势随频率的增大而变快,并且变化的幅度随频率的增大而越来越大;在速度为160公里/小时范围内,竖向位移对速度的影响规律不明显。

高墩大跨连续刚构桥最大双悬臂施工阶段抖振分析

笔者提出一种改进的谐波合成法,利用该方法仿真得到桥位处的脉动风时程。基于Miyata T准定常气动力模型,在Ansys中引入自激力的影响,对北山特大桥最大双悬臂施工阶段进行风致抖振时域分析,侧重研究结构线性与结构非线性对高墩大跨连续刚构桥风致抖振动力响应的影响。研究结果表明:考虑几何非线性的影响,结构抖振响应略大于线性情况下的响应;在设计基准风速下高墩大跨连续刚构桥表现出一定的几何非线性行为;将脉动风荷载作用下的结构响应值和静、阵风荷载作用结果比较,得到脉动增大系数。

电厂岩土工程研究

通过对电厂场地稳定性的评价,确定了建厂的可能性,从区域地层及场地岩土工程地质条件进行分析研究,其中主要对电厂各建筑物地段的地基土进行了研究分析,并进行了地基方案的优化讨论。最终为场地的主要建(构)筑物及附属建筑物提供两种对软土地基处理的方法,并进行了桩基试验以指导施工,使工程进度得以提前,且取得了良好的经济效益。

基于浸没边界和格子玻尔兹曼的流固耦合算法

为将格子玻尔兹曼方法(LBM)用于土木工程结构的气动弹性计算,提出了一种基于浸没边界-格子玻尔兹曼(IB-LB)方法的流固耦合算法.该算法在多松弛时间格式的格子玻尔兹曼框架下构造大涡模拟作为流场求解器;采用龙格-库塔法求解结构运动方程.为满足流固耦合面的无滑移性并提高算法的计算精度,采用一种迭代格式的浸没边界实施流固耦合面的数据交换.基于流固耦合算法编制分析程序对矩形断面的横向风振和福斯桥的颤振等气动弹性问题进行了模拟.与现有试验及数值结论的对比分析表明:本文算法可以较准确地预测矩形断面的涡振锁定风速、驰振临界风速及福斯桥的颤振临界风速.

桥梁气动导数的格子Boltzmann大涡模拟仿真

为将格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)用于桥梁气动导数的识别,该文将壁面自适应局部(Wall-Adapting Local Eddy,WALE)涡黏性模型引入到多松弛时间格式(Multiple Relaxation Time,MRT)的LBM中,构造了一种能够有效模拟桥梁结构高雷诺数绕流的LBM大涡模拟方法—MRT-LBM-WALE。采用MRT-LBM-WALE和动边界技术驱动主梁断面在流场中做正弦竖向或扭转振动,在虚拟风洞中实现了强迫振动法识别气动导数的LBM仿真。利用方柱非定常绕流问题验证MRT-LBM-WALE的可靠性后,对理想平板和Great Belt东桥的气动导数进行了计算。研究证明MRT-LBM-WALE能够得到近壁面上真实的亚格子涡黏性,可以准确地预测湍流流动的发展。同时,研究表明气动导数的MRT-LBM-WALE仿真值与理论解或试验值吻合较好。

大跨连续刚构桥施工阶段驰振可靠性评价

随着大跨度连续刚构桥跨径的增长,结构刚度越来越小,尤其是在悬臂施工阶段结构较柔,由风荷载引起的桥梁驰振稳定问题不容忽视,有必要对大跨度连续刚构桥进行驰振可靠性评价。本文以北山大桥为例,首先通过风洞试验来定性识别驰振发生的可能性。然后,基于现有结构可靠性理论,以桥梁驰振临界风速为结构抗力变量,以桥址处随机风速为荷载变量,建立极限状态方程,通过极限状态方程建立起大跨度连续刚构桥驰振的可靠性分析模型。文中介绍了一种新的确定桥梁驰振稳定失效概率的可靠度计算方法。最后,运用本文所确定的评价方法对北山大桥进行了驰振失效概率计算。