冲刷环境对桥墩冲刷空间形态影响的仿真分析

为研究环境对桥墩冲刷的影响,基于K-ε湍流模型建立了桥墩冲刷及冲刷环境数值仿真模型.对其三维仿真建模过程中的4个关键问题分别进行深入研究并提出优选的解决方法,特别关注三维边界条件的动态更新以及计算收敛性的算法改进.进而利用B.W.Melville经典实验对提出的桥墩冲刷精细化仿真方法从空间形态的角度进行多方面准确性验证.最后基于该精细化仿真方法,对CFD计算软件Fluent二次开发,进行精细化参数分析.计算结果表明:桥墩尺寸与最大冲刷深度以及流速与最大冲刷深度均存在近似线性关系,选择合适的桥墩形式、降低桥墩有效宽度、降低墩前水流流速以及选择合适的水流深度均可明显降低桥墩冲刷深度.不同冲刷环境参数取值对桥墩冲刷空间形态所产生的不同影响可以为桥墩主动抗冲刷设计与选型提供合理的理论基础与依据.

山区峡谷桥址处风场实测与数值模拟研究

为准确模拟山区峡谷桥址处的三维紊流风场,以澧水大桥所在峡谷为工程背景,将现场实测风场用谐波合成法进行等效处理生成了满足峡谷风场特性的随机来流,然后基于对Fluent的二次开发,将生成的随机来流赋予大涡模拟的入口边界.通过对比本文方法和无脉动入口计算结果发现,本文方法更能体现山区峡谷风场的真实流态,最后在本文方法基础上对不同风向角作用下的山区峡谷桥址处风场进行了数值模拟,得到了峡谷桥址处风场的详细分布特性,可为山区峡谷地形紊流场精细化数值模拟提供参考.

中国低碳城市热思考：现状、问题及趋势

近年来我国掀起了一股低碳城市建设热潮。但在这股热潮背后,还有许多尚不明晰的问题需要理性思考。围绕低碳城市相关议题,开展了如下5方面工作:①解读低碳城市概念,指出低碳城市建设是一个多目标问题,要以低碳经济为基础,并实现经济发展、生态环境保护、居民生活水平提高等目标的共赢;②概括低碳城市评价指标,指出针对指标还没有建立明确的标准;③从城市规划、低碳政策、生态产业、可持续能源、绿色交通等方面总结了保定、上海、吉林、杭州等城市的低碳建设途径;④分析城市低碳发展现状水平评价结果,指出低碳城市建设还有很大的提升空间;⑤最终在分析低碳城市建设尚存不足的基础上,提出今后需深化认识的几个问题,如不能因低碳而放弃其它城市发展目标,低碳城市建设要因地制宜,低碳城市是一项长期、复杂的系统工程,需各领域专家通力协作,需从系统规划、阶段性方案实施、实施后评估与修订等环节进行全生命周期跟踪管理。希望这些思考能对我国低碳城市建设的顺利推进起到积极作用。

横风下车桥系统气动特性的风洞试验研究

为考虑车辆和桥梁的相互气动影响,利用研制的测试装置,测试了不同工况下车辆和桥梁的气动力系数,讨论了风场的紊流特性、风速、前后车辆干扰、车辆横向距离对车辆气动力系数的影响以及车辆对桥梁静三分力系数的影响;通过分析研究车辆和桥梁表面压力测试结果,探究了车辆和桥梁气动特性发生变化的原因,验证了测试数据的准确可靠性。研究结果表明:风场的紊流特性、前后车辆干扰以及车辆横向距离对车辆气动力系数有较大的影响,而风速对其基本没有影响;另外,桥梁静三分力系数受车辆的影响也比较大。

方柱绕流粒子图像测速试验与数值模拟

采用粒子图像测速设备PIV(particle image velocimetry),进行了雷诺数为2.2×104的方柱绕流试验,与公认的采用LDV(laser doppler velocimetry)的试验结果吻合较好,验证了本风洞中PIV试验系统的有效性.在进一步的比选中,通过计算方柱的阻力系数和斯特劳哈尔数以及流场的速度剖面和湍动能剖面,比较了几种常用湍流时均模型的计算结果与试验结果的差别.结果表明,采用基于剪应力传输的湍动能—耗散率模型(k—ωSST),能够得到与试验吻合较好的计算结果.

桥梁抖振力空间相关性对风-车-桥耦合动力响应的影响

基于提出的抖振力模型和建立的风-车-桥耦合振动模型,发展了一种可以考虑抖振力空间相关性的风-车-桥耦合振动分析方法,并编制了相应的计算程序.以江顺长江大桥为工程背景,测试了桥梁抖振力的空间相关性和考虑车桥耦合作用的车桥气动参数,分析研究了桥梁抖振力空间相关性对侧风作用下桥梁和车辆耦合动力响应的影响.研究结果表明:桥梁抖振力空间相关性对桥梁动力响应有显著影响,对车辆的动力响应也有一定的影响.

基于谐波合成法的大涡模拟脉动风场生成方法研究

为准确模拟大涡模拟入口处的脉动信息,在充分考虑脉动风场的功率谱、相关性、风剖面等参数前提下,运用谐波合成方法生成了满足目标风场湍流特性的随机序列数,通过对FLUENT软件平台进行二次开发,将生成的随机序列数赋给大涡模拟的入口边界,从而实现了大涡模拟的脉动输入.基于风洞试验数据,分别建立了两种模拟脉动风场的数值模型,一为没有任何障碍物的空风洞,运用谐波合成方法生成的随机序列数作为入口边界来生成脉动信息;二为与真实风洞一致的尖劈粗糙元风洞,采用平均风作为入口边界,利用尖劈粗糙元对风场的扰动来产生脉动信息.通过对比两种数值模型发现:基于谐波合成方法生成的脉动风场可作为大涡模拟的入口边界,可为大涡模拟脉动入口研究提供参考.

分离双箱高低雷诺数涡振的试验研究

为了给现代大跨度桥梁抗风设计提供准确的依据,有对其涡振性能和减振措施的有效性进行分析。在同济大学TJ-1和TJ-3进行的分离双箱高低雷诺数涡振试验,通过四十多个工况试验的详细比较,发现在低雷诺数条件下,涡振存在于较大的阻尼比区间范围内,振幅较大且相应的锁定风速区间较宽;而在高雷诺条件下,涡振仅在阻尼比较小时存在,且其振幅也较小。而导流板的减振效果在高低雷诺数试验中表现出差别,且与攻角有关。

界面优化下的GFRP-混凝土组合桥面板静力性能试验研究

为推广GFRP-混凝土组合桥面板的工程应用,在GFRP-混凝土组合板界面抗剪试验研究的基础上,选取黏砂连接和环氧树脂湿黏结2种连接界面,将前期研究的GFRP-混凝土组合桥面板的连接界面进行重新优化设计,制作10块试件进行静力试验,并将试验结果与前期研究结果进行对比分析.研究结果表明:界面重新优化设计的组合板试件,在试验加载过程中能够满足平截面假定,具有良好的整体工作性能,具有较高的承载力和良好的变形恢复能力;试件的破坏虽然为脆性破坏,但是在破坏前构件的变形较大,有一定预兆,具有较高的强度安全储备.

偏高岭土基地聚物合成的固化温度影响机理

考察了不同固化温度下9种偏高岭土基地聚物的力学性能,并通过微量热、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等测试技术分析了固化温度影响偏高岭土基地聚物性能的作用机理.结果表明:升高固化温度可以促进硅铝酸盐的溶解和缩聚,从而提高偏高岭土基地聚物的力学性能;但过高的固化温度会使缩聚反应速度过快,从而使硅铝酸盐溶解所产生的缩聚反应前驱物被生成的胶凝体所包裹,无法接触碱激发剂发生缩聚反应,造成地质聚合反应不充分和地聚物力学性能降低.

不同车流对桥梁静三分力及局部风压影响的风洞试验研究

在风-车-桥耦合系统中,不同交通状态车辆将引起桥梁气动力和局部风压的变化。采用测压法测试了不同车流下桥梁断面三分力系数随攻角的变化情况,研究了不同车流下车辆对三分力系数以及局部风压的影响。研究结果表明:在堵车情况下车辆对桥梁断面三分力影响最大,车辆引起桥梁阻力系数和升力矩系数显著减小,使升力系数增大。在车桥耦合风场作用下,桥梁顶面迎风侧压力值产生由正到负的剧烈幅值变化。

考虑悬移质效应的桥墩动床冲刷精细化分析方法

基于欧拉流固两相流理论并考虑悬移质效应进行桥墩动床冲刷精细化分析.针对动床冲刷与清水冲刷的主要区别,采用不平衡输沙法建立床面变形方程,考虑悬移质与推移质质量交换从而间接影响床面变形.通过对计算流体力学(CFD)软件ANSYS Fluent二次开发,利用床底切应力以及底面网格泥沙浓度分别计算推移质输沙率以及悬移质与推移质的交换通量,由此得到床底网格瞬时变化值,从而实现边界网格的动态更新,以此进行桥墩周围河床动床冲刷过程的动态模拟.通过将数值计算结果与经典理论分析及部分试验结果进行对比,在悬移质分布、局部冲刷深度以及冲刷坑形态等方面充分验证所提出动床冲刷计算方法的合理性与准确性.最后通过参数分析证明了悬移质浓度会明显影响动床冲刷的深度与形态,得出了选择动床冲刷模型并采用流固两相流进行桥墩冲刷精细化分析具有显著必要性的结论.

基于变异系数与趋势因子的斜拉桥索力评估

为充分应用不同时期索力监测数据提出一种基于变异系数与趋势因子的索力评估方法.该方法以索力基本评估值为初始值,赋予每一根拉索具有物理意义的权重,提出并引入两个修正系数:变异系数与趋势因子.利用斜率灰色关联度计算的变异系数反映索力监测值与目标值之间的整体变异性.利用时间序列分析计算的趋势因子,体现索力(结构)变化的趋势性,反映其安全性能.该方法简单实用,考虑因素合理充分,理论依据完备,在整个评估过程中可充分利用每一个不同时期的监测数据,评估结果不仅针对某一时间点,更加针对整个运营阶段的索力发展过程.详细阐述了该评估方法的思路与步骤,并通过宁波招宝山大桥实例证明该方法的优越性.

部分地锚斜拉桥经济性能分析

将部分地锚斜拉桥分为拉索、主塔、主梁、锚碇、基础等五部分,分别推导了其材料用量计算公式,引入材料单价系数,得到了全桥总造价和单位桥面面积造价.据此开展了该桥型经济性能参数研究,得到了主要结构参数的最优取值,即地锚与中跨跨径之比为0.3～0.4,边中跨比为0.40～0.45,塔跨比为0.15～0.20.对比结果表明,随锚碇处地质条件不同,在主跨跨径超过800～1600 m后,部分地锚斜拉桥的经济性能优于全自锚斜拉桥.

CFRP与钢组合拉索斜拉桥经济性能分析

为克服大跨径斜拉桥整体刚度降低,提出一种新型斜拉桥方案,即CFRP与钢组合拉索斜拉桥,介绍碳纤维增强塑料CFRP与钢组合拉索斜拉桥的设计理念,并提出斜拉索构造以及斜拉桥结构的设计方法,研究了CFRP与钢组合拉索斜拉桥经济性能,并推导出该类斜拉桥的材料用量与造价公式.基于所推导公式,对其跨长、塔高以及价格比分别进行经济性能参数分析,得到CFRP与钢组合拉索斜拉桥的经济性能变化规律,为该类斜拉桥设计提供理论依据,从理论上证明CFRP与钢组合拉索斜拉桥的经济性能优势和未来替代传统斜拉索应用在斜拉桥上的可行性.

不同交通流下车辆对桥梁涡振稳定性影响的试验研究

涡激振动是桥梁风致振动中最常见的现象,通常在较低的风速下发生,且对结构气动外形的变化很敏感,车辆行驶在桥梁上势必会改变桥梁断面的外形,因此,研究不同交通流下车辆对桥梁涡激振动的影响非常必要。为了考虑实际运营中车辆对桥梁涡振的影响,基于自由悬挂节段模型试验系统,分别对无车、自由车流和繁忙车流3种交通流状态下车辆对桥梁涡振振动的影响进行了风洞试验。测试了涡振响应和涡振频率,分析了车辆对桥梁涡振响应的影响及机理。结果表明,由于车流显著改变了主梁的气动外形,并且增加了系统质量,不同交通流下车辆对桥梁涡激振动起到了抑制作用。偏于安全考虑,实际桥梁的涡激振动试验可以不用考虑车辆的影响。

风浪联合作用下海上风力涡轮机的碰撞阻尼减振控制

提出利用碰撞调谐质量阻尼器(Pounding Tuned Mass Damper,PTMD)控制近海单桩风力涡轮机塔身在风浪联合作用下的结构振动。为此,利用拉格朗日方程推导风浪联合作用下风机与PTMD的耦合动力方程并据此分析了相关控制效果。具体而言,结构模型方面,以美国国家可再生能源实验室(NREL)的5 MW基准单桩海上风力涡轮机为研究对象,利用非线性黏弹性模型描述阻尼装置的碰撞过程,并在塔体模型中考虑基础土壤效应。风浪外荷载方面,采用考虑普朗特叶尖损失因子(Prandtl’s Tip Loss Factor)和格劳厄特校正(Glauert Correction)的叶素动量法计算风湍流作用在叶片上的气动荷载,并利用Morison方程计算满足JONSWAP谱的随机波浪荷载。研究发现,碰撞调谐质量阻尼器对塔顶响应的控制效果较好;引入的碰撞机制使调谐质量阻尼器鲁棒性提高,使之在参数失调的情况下仍能保持较好的振动控制效果。

冰区海上单桩风机振动响应与控制

针对冰区海域风机结构冰激锁频振动问题,深入开展其冰激振动响应分析,提出基于三维摆式阻尼器的冰区风机振动控制方法。基于M??tt?nen-Blenkarn自激振动理论,采用APDL开发冰区风机自激振动分析程序;基于叶素动量理论,考虑Prandtl叶尖损失修正和Grauert修正,利用MATLAB编程计算获得风机叶片空气动力载荷;针对NREL 5 MW海上单桩风机结构,考虑我国渤海海域一年一遇冰情,开展不同方向冰-风组合工况下的振动响应分析,给出风机结构发生锁频事件的冰速范围,并对有、无三维摆式阻尼器的风机塔筒响应进行对比分析,结果表明:单桩风机发生锁频事件对应的冰速范围为0.01~0.06 m/s,冰-风同向时,风机发生冰激锁频所对应的冰速范围最大,塔筒结构响应最大;三维摆式阻尼器能够显著抑制冰-风载荷联合作用下的塔筒面外和面内振动响应,从而大大提高其服役的安全性。该研究成果可为冰区服役风机结构的安全运行提供技术支持。

桥面典型车辆气动特性及车辆间挡风效应的数值模拟研究

强风不仅是大跨度桥梁设计的控制性因素,同时也会影响到桥上车辆运行的安全,车辆气动特性是研究车辆行驶安全性的前提。基于计算流体动力学(CFD)仿真平台,模拟计算了汽车工业研究协会(MIRA)小车和重型卡车典型车辆在横风作用下的气动特性,分析研究了典型车辆分别位于桥面上不同车道位置时车辆气动力系数随风偏角的变化情况;进一步模拟计算了重型卡车与小车之间的挡风效应,研究了车辆间相对位置对车辆挡风效应的影响。计算结果表明:不同车型以及不同的桥梁车道位置对车辆气动力均有不同程度的影响;重型卡车对MIRA小车有明显的挡风效应,MIRA小车气动力随着车辆间相对位置变化显著,重型卡车气动力也有一定改变。

不同入口边界条件对建筑群污染物扩散影响的数值研究

合理的入口边界条件是建筑群污染物浓度正确数值模拟的前提,为分析入口边界对污染物浓度扩散的影响,以谐波合成法理论为基础,通过编制程序实现对商业软件Fluent的二次开发,生成满足目标风场流动特性的脉动入口边界,并用风洞试验数据验证所提方法的正确性,然后将生成的脉动风速和常规的平均风速分别作为大涡模拟的入口边界条件,考虑不同风速大小和风剖面形式的影响后,利用组分输运模型,对建筑群内污染物浓度进行分析,得到不同入口边界条件作用下建筑群污染物浓度的分布规律。