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。

基于BIM技术的大型跨海工程电子档案协同管理研究

广东省公路建设有限公司黄茅海跨海通道管理中心承担的“基于BIM技术的大型跨海工程电子档案协同管理研究”课题于2021年6月列入国家档案局科技项目。2023年12月课题成果获得国家档案局优秀科技成果二等奖。研究背景大型公路交通工程行业建立了以建筑信息模型(BIM)技术为基础的信息化管理平台,各业务系统在建设过程中生成了大量相互关联的BIM模型、业务数据和电子文件,包含了丰富的业务管理信息。

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。

国道G228线汕头湾跨海隧道总体设计方案研究

汕头湾跨海隧道作为国道G228汕头段控制性工程,总体设计难度大。为了科学、安全、经济地建设汕头湾跨海隧道,结合两岸城市规划、工程建设环境和环境敏感点等控制因素,采用工程类比、数值计算、模型分析等理论研究方法,对跨海隧道选址、接线、埋深、断面布置、通风及防灾救援等关键问题进行研究和专题论证,得出如下主要结论:1)跨海隧道选址及接线应以城市规划为基础,结合交通特性、路网结构、沿线用地等因素综合确定,是控制风险、降低投资和保障交通功能的关键;2)结合海床演变模型冲刷包络线,盾构段最小覆土不仅要满足掘进及运营期抗浮安全,还要尽量避免长距离穿越上软下硬地层;3)跨海段采用分段纵向+重点排烟的通风方案,解决长距离跨海隧道通风难题;4)盾构段采用人行滑梯或楼梯逃生的纵向疏散模式,明挖段采用横向疏散模式,可保障高地震烈度区跨海隧道的防灾疏散。

考虑非饱和效应的跨海隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型及其求解方法

为准确预测跨海隧道衬砌内部氯离子含量,本文提出了一个考虑非饱和效应的跨海隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型。首先,分别引入Langmuir等温吸附结合模型、幂函数型非饱和扩散方程和VG-Mualem水分传输模型,依次考虑氯离子结合效应、混凝土内部非饱和扩散以及非饱和水分渗透作用对氯离子传输的影响,建立非饱和状态下的隧道衬砌混凝土氯离子侵蚀理论模型;其次,基于有限差分原理提出模型的数值求解方法,并验证求解方法的有效性;最后,通过试验分析模型的可靠性,开展参数讨论。研究结果表明:在非饱和状态下,水分渗透对混凝土内离子输运有双重促进作用,使得混凝土内部的饱和度、扩散系数和渗透系数均随时间增加而逐渐增大;在外水压作用早期,混凝土内部处于非饱和状态时,混凝土内部的毛细压力对离子传输效率的影响占主导作用,且呈现出显著的正相关性;饱和渗透系数越大,溶质流速越快,氯离子传输效率也更高。本文提出的基于有限差分原理的数值求解方法是有效的,建立的非饱和状态下隧道衬砌混凝土氯离子非线性对流-扩散侵蚀模型具有可靠性,可用于分析混凝土内部非饱和状态时的氯离子传输规律。

长距离跨海高程基准传递方法研究及广西北部湾工程验证

针对陆海基准高程传递过程中传统方法的测量精度受海岛与陆地距离、陆海环境等因素的影响,对海域内的多个不连续岛屿进行测量时过程较为复杂的问题,本文提出了利用高精度似大地水准面进行高程传递的方法,研究了误差积累因素,给出了高程传递的理论模型及具体的技术流程。在北部湾海域,利用该方法将1985国家高程基准由陆地传递到距离北海市40 km的涠洲岛和斜阳岛上,传递后GNSS水准点间的高程差与涠洲岛二等水准测量成果的独立高程差均优于±4.1 cm,为全国范围离岛高程传递工程提供了实践参考。

近海及跨海长大桥梁损伤识别理论及剩余寿命评估理论

随着桥梁建设的发展,近海及跨海长大桥梁在我国交通中发挥着越来越重要的作用。在桥梁建设初期,我国的桥梁设计规范采用的是传统设计理论,随着时间的推移,出现了结构老化、混凝土腐蚀等损伤,使得结构安全储备降低,进而导致桥梁剩余寿命缩短。因此,研究近海及跨海长大桥梁损伤识别理论及剩余寿命评估理论具有重要意义。?基于此,本文将从以下几个方面出发,详细分析近海及跨海长大桥梁损伤识别理论及剩余寿命评估理论,以期能够为相关从业人员提供一些必要的参考。

大型跨海桥梁下部结构高精度建设关键技术

装配式桥梁具有建造速度快、对环境影响低、施工质量可靠、节能环保等优点,是桥梁工程领域未来的重要发展方向。以厦门第二东通道项目为依托,开展了大型跨海桥梁下部结构高精度建设关键技术研究,针对潮差大、流速大、地质情况复杂、止水难度高以及施工精度要求高等项目施工过程中的重难点,研发了大潮差钢管桩高精度沉桩、大型墩台快速高质量预制、大水深预制墩台安装止水等关键核心技术。形成了一套适用于外海大型桥梁在复杂施工环境及因素下高精度沉桩、墩台高质量预制、高精度安装及快速止水的施工技术,支撑厦门二东通道主桥工程提前5个月通车运营,也可为类似工程提供借鉴。

跨海钢—混结合梁斜拉桥边跨钢梁顶推及桥面板安装施工关键技术

新建时速350 km福州至厦门铁路安海湾特大桥,其中174^(#)~179^(#)墩跨越安海湾主航道,位于河流入海口,大潮差、海床起伏明显、海床淤泥淤积较严重,采用钢—混结合梁边跨钢梁顶推及桥面板后装的施工方法,解决了大潮差、海床起伏明显、海床淤泥淤积较严重、无大型浮吊及运输船进入的特殊施工条件下,无法采用常规双悬臂架设施工的难题,该工法在施工进度、效益、安全、环保方面均取得了良好效果,可为类似工程的施工提供借鉴。

我国大型跨海通道工程技术发展与展望

基于典型工程案例的技术特征分析,介绍了我国大型跨海通道的技术发展路径.21世纪初我国开始修建大型跨海通道,经过20多年快速发展,实现了由跨海桥梁向桥岛隧集群工程的突破,系统践行了“大型化、工厂化、标准化、装配化”建设理念,并正在大力推行数字化、智能化建造,大幅提升了工业化建造水平,整体已进入世界领先行列.进而分析展望了未来跨海通道工程的技术需求及趋势:在做好既有跨海通道研究总结、推动中国标准走出去的同时,应在更长寿命和更复杂环境的跨海通道建设技术、高效智能工程装备、构建系统规范体系等方面加快研发和技术储备,为未来跨海通道工程建设奠定基础条件.

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。

跨海通道工程结构耐久性监测技术的应用

为保障跨海通道工程安全运营维护,确保跨海工程设计使用寿命,结合深中通道的工程案例,针对跨海通道腐蚀环境及结构特点,提出了结构耐久性健康监测的设计方案。该方案优选安装了36套耐久性监测传感器,成功搭建了5套耐久性监测系统。同时结合现场采集的数据,对结构的耐久性状况进行了前期分析。监测结果表明,深中通道结构的耐久性健康状态良好。

跨海桥梁大尺度基础波浪荷载计算方法对比研究

波浪荷载是跨海桥梁基础的主要环境荷载之一。为了探究大尺度桥梁基础上各类波浪荷载计算方法的差异,分别采用了当前研究中较常用的Morison方程、规范、基于边界元法的三维绕射理论和基于Navier‐Stokes方程的CFD方法计算了某跨海桥梁大尺度圆端型沉井基础在规则波作用下的波浪荷载,研究了不同结构相对尺度对各方法计算结果的影响,并重点比较分析了后两种数值方法的三维流场分布,三维压力场分布,以及非线性二阶力效应的影响。结果表明,在结构相对尺度为0.2左右时,上述方法的计算结果接近,随着结构相对尺度的增加,边界元与CFD方法依然吻合较好,规范方法给出了较为保守的波浪荷载,Morison方程可能高估了波浪拖曳力的贡献。边界元与CFD方法计算得到的速度场与压力场结果整体趋势一致,但在沉井前端自由液面与物面,沉井侧面的波谷等局部区域会产生明显差异,这可能是由于二者考虑绕射效应与黏性效应的理论不同。在边界元方法中考虑非线性二阶力效应会使其波浪荷载结果小幅度增大,并在频谱中增加差频二阶力及和频二阶力成分,考虑非线性二阶力效应后,边界元与CFD方法的频谱曲线更加吻合,边界元方法能更精确地计算波浪荷载。边界元与CFD方法均能合理地给出大尺度结构物波浪荷载结果,研究结论可为跨海桥梁工程波浪荷载的准确计算提供了依据。

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。

跨海斜拉桥BFRP拉索多因素耦合作用长期性能预测分析

玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced polymer,BFRP)拉索应用于跨海斜拉桥,能够突破传统钢拉索的跨度和耐久瓶颈,满足海洋环境下大跨桥梁的轻量化、高耐久、长寿命需求.为了研究实际服役环境下跨海斜拉桥BFRP拉索的长期性能,基于多因素耦合耐久性人工加速试验,测试了多因素耦合作用下BFRP拉索的基本力学性能,结合实验数据与多因素寿命预测模型,分析评估了多因素耦合作用下跨海斜拉桥BFRP拉索的长期性能.研究结果表明:多因素耦合作用初始阶段BFRP拉索拉伸强度下降显著,但随着作用时间的增加强度下降趋势逐渐减缓;BFRP拉索弹性模量退化程度较低且规律不明显;50年实际服役环境下BFRP拉索的强度保留率保持在70%以上.

琼州海峡跨海通道工程前期研究及建议

海峡通道建设是完善国家综合立体交通网络的重要内容、是推进交通强国建设的重要战略任务之一,对我国构建新发展格局具有特殊的重要意义。本文聚焦琼州海峡跨海通道工程前期研究,梳理历年来琼州海峡通道的研究成果,分析琼州海峡通道建设的必要性和可行性。研究琼州海峡通道的建设方案,分别从通道线位走向、桥隧方案及公铁方案进行比选,建议“一次规划,分期建设,先建铁路”,推荐先期建设中线铁路双线(预留公路通道),采用“双洞公路隧道+单洞双线铁路隧道+服务隧道”的四洞并行方案。并从建设时机、融资模式、建设理念、运维方案、专题研究等方面为琼州海峡建设提出了建议。

波浪-地震联合作用下跨海斜拉桥横向减振控制研究

为研究波浪‑地震联合作用下跨海斜拉桥的横向减振控制方法,以某主跨400 m的跨海斜拉桥为工程背景,考虑桥梁下部结构高桩承台群桩基础的波浪荷载,并基于辐射波浪理论求解地震动水力附加质量,建立了波浪-地震联合作用下考虑水‑结构相互作用的全桥有限元模型。在此基础上,采用黏滞阻尼器构建横向减振体系,分别探讨了波浪单独作用和波浪‑地震联合作用下黏滞阻尼器的减振控制效果。结果表明:在波浪单独作用下,仅在辅助墩墩顶设置黏滞阻尼器的横向阻尼体系减振效果较好,能有效抑制波浪荷载引起的主梁横向位移;在波浪‑地震联合作用下,比选出的横向阻尼体系依旧表现出很好的减振效果,且阻尼器参数变化对减振性能的影响规律基本一致;为兼具减振与减震功能,推荐阻尼指数α取0.8,阻尼常数C宜控制在4000~6000 kN•(m/s)^(-α)内。研究成果可为跨海斜拉桥的横向减振设计提供参考。

沪舟甬跨海通道的空间收敛效应评估

考虑综合交通网络优化、邻近跨海通道的影响和客货运输差异,利用空间可达性和联系潜力模型,多情景、多维度评估了沪舟甬跨海通道的空间收敛效应。结果显示:(1)由于沪甬跨海通道的竞争和替代效应,沪舟甬跨海通道对出行活动的影响较小,主要服务于舟山市的城际出行活动,并具有成为旅游通道的潜力;(2)沪舟甬跨海通道增强了浙江洋山深水港在浙江省的竞争优势和宁波舟山港在江苏省的竞争优势,但对洋山深水港的影响显著高于对宁波舟山港的影响;(3)相较于沪甬跨海通道,沪舟甬跨海通道在货运上具有优势,未来对沪舟甬跨海通道的需求预测和科学论证应重点关注其货运功能。

基于权重融合法的跨海桥梁部位及部件权重体系分析

桥梁技术评定工作中存在桥梁部位、部件权重与实际状况匹配度不足的情况,采用层次分析法、专家群组分析和熵权法构建桥梁部位及部件权重综合分析体系。通过层次分析法以及专家群组分析得出桥梁部位及部件“主观权重”,采用熵权法分析桥梁结构健康监测数据得出桥梁部位及部件的“客观权重”,通过权重融合得到兼顾主、客观因素的桥梁部位及部件权重体系。以港珠澳大桥青州航道桥为分析对象,对比现行桥梁技术状况评定标准并给出权重体系,结果表明:采用群组分析法得出权重值与标准权重值基本一致。采用熵权法得出的上部结构权重值比标准权重值稍大,下部结构、桥面系的权重值基本一致。通过权重融合法得到的上部结构权重值偏大,桥面系权重值偏小,下部结构权重值基本一致。通过权重融合得到的分析结果,综合考虑了主、客观因素,更贴近工程实际情况,合理反映桥梁部位及部件权重。