斜交桥墩影响下的弯道水流运动三维数值模拟

斜向建设的桥墩常见于天然弯曲河道中,其改变下游水流运动趋势,并对堤防稳定产生不利影响。为探究连续弯道中斜交桥墩对水流运动特性的影响,运用MIKE Zero系列软件中的水动力模型对圆柱形桥墩不同建设位置及桥墩与河道呈不同斜交角度的工况进行数值模拟,分析各工况下桥墩对水位和流速的影响。研究结果表明:在弯道不同位置布设不同斜交角度的桥墩时,各位置墩前最大壅水高度均在桥墩斜交角度α为30°~60°时呈增大趋势;此外,各工况平面流速均随斜交桥墩偏移的方向增大,且桥墩斜交角度越大首末组桥墩周围流速相差越大。修建桥墩后的弯道中心区域墩后断面横向流速及纵向流速均较无墩情况下降低,且随桥墩斜交角度的增大流速降低现象愈发明显,但弯道凹岸及凸岸区域墩后断面横纵流速均不同程度增大,并始终大于桥墩建设前的流速。相邻弯道间前弯对其后弯的横向环流结构发展进行反向抑制,在弯道连接段修建桥墩时其墩后断面环流范围小于在弯道段修建桥墩时的环流。这些发现为弯道涉河桥梁规划及护岸工程设计提供了依据。

斜交桥墩局部冲刷坑形态试验研究

为研究斜交桥墩在多沙河流上的局部冲刷问题,利用1∶100正态模型水槽对不同斜交角度长方体圆墩进行了系列试验,对桥墩在不同水流强度、斜交角度条件下的冲刷坑形态进行了系统观测和分析。结果表明:斜交桥墩冲刷坑的几何特性与正交桥墩存在较大区别,当单宽流量为10 m3/(s·m)、斜交角度为15°以上时,桥墩会出现共轭冲刷坑;当桥墩斜交时,背水侧会出现顺时针旋涡水流下降区,迎水侧墩尾处受水流顶冲出现局部冲刷坑;桥墩局部冲坑深度、体积、范围等要素均随水流强度及斜交角度的增大而增大,墩尾冲刷坑深度约为墩前的0.7倍,桥墩冲刷坑面积与桥墩投影面积比的最大值为32.4;水流强度较小时规范公式计算值与试验值较吻合,水流强度较大时规范公式计算冲深小于试验值,二者比值为0.66～0.92。

斜交桥墩阻水特性数值模拟研究

在桥梁设计中受地形地质、接线等原因影响,桥轴线有时不得不与河道斜交布置,通常情况下桥墩墩轴线与桥轴线垂直布置,受此影响,桥墩墩轴线则与水流流向形成一定夹角α。二维数值模拟研究成果表明,对同尺寸桥墩,α越大则桥墩阻水比随之增大,由此引起的桥墩墩前壅水高度及范围,桥区流速变化幅度及范围、紊流宽度等均相应增大,严重时将直接威胁桥区河道的通航与行洪安全。在桥梁设计时可采取桥墩墩轴线与桥轴线斜交,与水流流向保持一致,以尽量降低桥墩对河道的扰动。

地震对斜交桥墩稳定性影响的有限元分析

以常见跨径简支斜交桥为例建立有限元模型,以新型摩擦摆系统支座、板式橡胶支座、抗震型橡胶支座和铰接支承连接为支座形式,通过有限元的方法,以斜度为常变参数,对以上4种支座的刚度和形式进行计算分析,进行常遇地震与罕遇地震下的反应谱和线性时程分析,算出桥墩内力并进行参数分析,对比研究地震对不同支座形式和刚度的斜交桥墩的影响。为正确进行斜交桥的抗震设计提供了有益参考。

斜交桥墩布设防撞装置影响通航研究

随着船舶大型化、航道等级提升以及船撞桥墩事故频发,山区河流通航河段早期建设涉水桥墩存在较多的斜交桥墩,即桥墩与水流方向普遍存在夹角,通过安装防撞装置对该类桥墩进行防护是主要的方式之一。为揭示斜交桥墩布设防撞装置引起阻水特性改变对船舶运动的影响,通过数值分析软件FLUENT建立二维数值分析模型,研究高雷诺数下桥墩设防方式、斜交角、桥墩间距对船舶受力及运动的影响。研究结果表明:斜交角与船舶艏摇力矩成正比;布设防撞装置引起船舶船艏力矩增大,船舶通航所需的安全航行间距增大;设防桥墩与船舶间距在0~18 m(1倍装置宽度)范围内对通航有显著影响。本研究成果对于山区河流的安全通航问题具有一定的参考价值。

铁路斜交连续箱梁的受力特性及设计研究

结合工程实例介绍铁路斜交连续箱梁的受力特性及设计研究情况。与正交支撑结构不同,斜支撑条件下,桥梁结构将产生弯扭耦合作用;在斜梁桥结构中,应采用合理的横隔板宽度和合理的隔板位置,选择合理的横向刚度,以保证支反力传递在隔板上;斜交连续梁桥墩走向受被跨越道路影响时,可采用上下分层布置,以减小桥墩与梁体斜交角度,分层桥墩受力复杂,需做实体分析以指导桥墩配筋。

基于SPMT模块车“墩梁协同”整跨预制PC结构快速拆除及重建技术

以“省道S361里水大道广佛跨线改造桥中、东幅桥的快速拆除及重建工程项目”为对象,开展基于SPMT模块车“墩梁协同”整跨移运非标预制小箱梁与预制墩柱盖梁一体化的设计和施工、预制大尺寸的斜交桥墩及盖梁整体与承台连接的关键技术等方面的研究。对目前国内尚未采用的对预制PC结构采用模块车整体移运的关键技术进行分析,对此类型的上部结构的新施工工法进行尝试和创新,与钢-砼组合梁、钢箱梁上部结构的整跨移运施工相比,具有较好的经济效益。工程实践丰富了现有桥梁更换技术,较大缩短桥梁更换施工交通封闭的时间,提高工程质量,保证更换安全,具有良好的社会效益。