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基于σ坐标和IBM的大型圆柱波浪力数值模拟

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西南交通大学学报 2014年第2期49卷 233-239页

作者：康啊真祝兵邢帆西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为探讨波浪效应下大型圆柱所受的波浪力,以多层σ坐标变换模型为基础,模拟随时间变化的自由表面,建立了三维波浪与结构物相互作用的数学模型.对三维波浪与大型圆柱波浪力进行了数值模拟,用浸没边界法(IBM)处理不规则结构物表面.结果表明... 详细信息

为探讨波浪效应下大型圆柱所受的波浪力,以多层σ坐标变换模型为基础,模拟随时间变化的自由表面,建立了三维波浪与结构物相互作用的数学模型.对三维波浪与大型圆柱波浪力进行了数值模拟,用浸没边界法(IBM)处理不规则结构物表面.结果表明:圆柱波浪力、力矩的数值计算结果与试验结果和理论解吻合,水平波浪力和力矩随波数先增大然后减小,竖向波浪力随波数增大而减小,建立的三维数学模型能够很好地模拟结构物所受的波浪力及力矩.

关键词：波浪效应多层σ坐标变换模型浸没边界法圆柱数学模型

三维波浪与圆端形吊箱围堰相互作用的数值模拟

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桥梁建设 2013年第6期43卷 82-87页

作者：祝兵康啊真邢帆韩兴西南交通大学四川成都610031

为研究波浪效应下不同吃水深度的圆端形吊箱围堰受波浪力的作用,运用多层σ坐标变换模型追踪随时间变化的波浪自由表面,引入浸没边界法(IBM法)处理不规则结构物界面,建立三维数值模型。以京沪高速铁路南京长江大桥7号墩施工采用的围堰... 详细信息

为研究波浪效应下不同吃水深度的圆端形吊箱围堰受波浪力的作用,运用多层σ坐标变换模型追踪随时间变化的波浪自由表面,引入浸没边界法(IBM法)处理不规则结构物界面,建立三维数值模型。以京沪高速铁路南京长江大桥7号墩施工采用的围堰为背景,运用建立的模型分析圆端形吊箱围堰与三维波浪的相互作用。分析结果表明:所建立的三维数值模型能够很好地模拟实际工程中三维波浪与不同吃水深度的截断柱体相互作用的问题;圆端形吊箱围堰不断下放的过程中,随着吃水深度的增加,围堰所受纵向波浪力呈上升的趋势、垂向波浪力减小,当吃水深度达到某一临界值并继续增加时,围堰所受波浪力的变化幅度很小。

关键词：围堰波浪效应多层σ坐标浸没边界法数学模型数值分析

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跨海桥梁箱梁结构受波浪力作用试验研究

土木工程学报 2017年第12期50卷 80-86页

作者：张家玮祝兵康啊真黄博西南交通大学四川成都610031

为研究近海桥梁箱梁结构在风暴潮和飓风波浪作用下的灾变毁坏问题,以平潭海峡公铁两用大桥的水文条件和结构参数为基础,开展1∶30水槽模型试验研究箱梁结构所受波浪力作用。考虑不同梁体高程、淹没深度和浪高参数对梁体波浪力的影响,分... 详细信息

为研究近海桥梁箱梁结构在风暴潮和飓风波浪作用下的灾变毁坏问题,以平潭海峡公铁两用大桥的水文条件和结构参数为基础,开展1∶30水槽模型试验研究箱梁结构所受波浪力作用。考虑不同梁体高程、淹没深度和浪高参数对梁体波浪力的影响,分析不同波浪条件下梁体受到的波浪力特点,以及波浪力峰值在不同参数影响下的变化规律。研究结果表明:波浪力包含准静力和抨击力两种成分,当淹没深度较低时抨击力作用较大,并随淹没系数的增加而不断减小;梁体处于淹没状态时,梁体底部所受的浮托力作用大大减轻梁体的有效自重,在水平向波浪力和倾覆弯矩的联合作用下导致梁体的脱落破坏;当淹没系数为1.5时,箱型梁体所受的浮托力达到最大,梁体在此条件下最容易发生脱落。

关键词：水槽模型试验极端波浪荷载上部结构箱型梁体波浪力浮托力

基于LES的跨海桥梁施工期围堰波流力数值模拟

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西南交通大学学报 2020年第3期55卷 537-544,587页

作者：康啊真殷瑞涛祝兵李鑫张家玮西南交通大学土木工程学院四川成都610031

跨海大桥基础施工可能面临水深、浪大和流急等恶劣海况,波流力甚至可能成为围堰施工的主要控制荷载.为研究跨海桥梁施工期围堰波流力,采用垂向多层σ坐标变换模型追踪三维波流自由液面,添加浸没边界法(IBM)处理不规则结构物界面,建立了... 详细信息

跨海大桥基础施工可能面临水深、浪大和流急等恶劣海况,波流力甚至可能成为围堰施工的主要控制荷载.为研究跨海桥梁施工期围堰波流力,采用垂向多层σ坐标变换模型追踪三维波流自由液面,添加浸没边界法(IBM)处理不规则结构物界面,建立了基于LES的三维波流与结构物相互作用的数值模型,利用所建立并验证的三维数值模型模拟不同长宽比的矩形围堰与斜向波流的相互作用.分析结果表明:所建立的三维数值模型能够较好地模拟矩形结构波流力;长宽比为1.0时,由于结构的对称性,波流入射角对围堰总波流力影响很小,增幅均在5%以内;随着长宽比的增加,波流入射角对围堰总波流力的影响增大;如长宽比为2.0时,波流沿纵桥向入射时(90°)结构的总波流力约为沿横桥向入射时(0°)总波流力的2.48倍.与纯波情况相比,矩形围堰波流力普遍比纯波力偏大,但入射角对结构纯波力或波流力的影响系数较为接近.

关键词：围堰大涡模拟计算流体力学波流力

线性剪切流作用下设置沉井施工期受力特性研究

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桥梁建设 2023年第1期53卷 33-39页

作者：康啊真张东明顾宇航金可祝兵西南交通大学桥梁工程系四川成都610031 成都大学建筑与土木工程学院四川成都610106

为研究水流作用对设置沉井施工期受力特性的影响,采用线性剪切流模拟非均匀流,建立水流-圆形设置沉井相互作用模型,分析不同施工阶段圆形设置沉井与水流的相互作用情况,并与均匀流作用进行对比。结果表明:线性剪切流作用下圆形设置沉井... 详细信息

为研究水流作用对设置沉井施工期受力特性的影响,采用线性剪切流模拟非均匀流,建立水流-圆形设置沉井相互作用模型,分析不同施工阶段圆形设置沉井与水流的相互作用情况,并与均匀流作用进行对比。结果表明:线性剪切流作用下圆形设置沉井水流力及水流力矩随流速的增加均呈平方关系。线性剪切流呈表面流速大、底层流速小的规律,对结构尾流区的涡漩有显著抑制作用,与均匀流作用相比,线性剪切流作用下结构受力偏小。随着沉井不断下沉,结构吃水深度增加,过水断面进一步压缩形成了绕流,引起局部压力及水流力成倍增加。

关键词：桥梁工程圆形设置沉井线性剪切流非均匀流水流力流速流场数值模拟

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无封底嵌岩钢板桩围堰嵌固深度研究

桥梁建设 2023年第6期53卷 103-110页

作者：黄宇费志高康啊真张东明金可中交中南工程局有限公司湖南长沙410116 中交一公局厦门工程有限公司福建厦门361021 西南交通大学桥梁工程系四川成都610031 成都大学建筑与土木工程学院四川成都610106

为确定深水条件下无封底嵌岩钢板桩围堰在硬岩中的合理嵌固深度,以东江北干流特大桥76号墩承台围堰施工为背景,建立钢板桩-回填土-硬岩相互作用三维有限元模型,分析嵌固深度0~2.4 m对钢板桩等效应力、变形以及引孔槽口硬岩等效应力分布... 详细信息

为确定深水条件下无封底嵌岩钢板桩围堰在硬岩中的合理嵌固深度,以东江北干流特大桥76号墩承台围堰施工为背景,建立钢板桩-回填土-硬岩相互作用三维有限元模型,分析嵌固深度0~2.4 m对钢板桩等效应力、变形以及引孔槽口硬岩等效应力分布的影响。结果表明:嵌固深度对钢板桩的等效应力及变形影响较小。引孔槽口硬岩顶部区域沿水平方向存在规律性、间歇性的应力集中区,是可能发生引孔槽口硬岩踢脚破坏的薄弱区域。不同嵌固深度下,引孔槽口硬岩等效应力沿水平及竖直方向的分布规律高度相似。相较于嵌固深度0 m,嵌固深度1.5 m的引孔槽口硬岩应力集中区最大应力显著降低约14%,有利于引孔槽口硬岩的稳定性;当嵌固深度增加到1.5 m以上时,继续增加嵌固深度不会降低引孔槽口硬岩的等效应力,无法进一步提高引孔槽口硬岩的稳定性。

关键词：围堰钢板桩嵌固深度等效应力变形稳定性有限元法

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跨海桥梁哑铃形围堰规则波浪力试验研究

桥梁建设 2019年第5期49卷 21-26页

作者：祝兵张家玮潘良李鑫康啊真西南交通大学土木工程学院

为尽量准确地估算跨海桥梁哑铃形围堰的波浪力,开展波浪水槽试验。以某跨海大桥哑铃形围堰为原型,制作1∶60围堰模型,采用波浪水槽试验系统制造规则线性波,研究波浪周期、波高和波浪入射角对围堰波浪力的影响规律,并根据试验结果提出考... 详细信息

为尽量准确地估算跨海桥梁哑铃形围堰的波浪力,开展波浪水槽试验。以某跨海大桥哑铃形围堰为原型,制作1∶60围堰模型,采用波浪水槽试验系统制造规则线性波,研究波浪周期、波高和波浪入射角对围堰波浪力的影响规律,并根据试验结果提出考虑结构尺度效应的哑铃形围堰最大波浪力简化计算方法。结果表明:随着波浪周期的增加,哑铃形围堰的纵向、横向波浪力呈先增加后减小的趋势,竖向波浪力呈增加趋势,长波条件下需重视竖向波浪力的作用;随着波高的增加,围堰各方向波浪力基本线性增加;随着波浪入射角的增加,纵向波浪力明显增加,横向波浪力呈先增加后减小的规律,入射角45°时波浪力最大;提出的波浪力简化计算方法能较准确地估算哑铃形围堰的最大波浪力。

关键词：跨海桥梁哑铃形围堰波浪力波浪周期波高入射角模型试验

哑铃型桥梁结构畸形波浪力水槽试验及简化算法

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西南交通大学学报 2023年第5期58卷 1017-1025页

作者：康啊真顾宇航张东明金可祝兵杨兵西南交通大学土木工程学院四川成都610031 成都大学建筑与土木工程学院四川成都610106

为研究畸形波浪参数对新型哑铃型桥梁结构波浪力的影响,开展一系列波流水槽模型试验.首先,分析谱峰频率、频率范围及聚焦位置对哑铃型桥梁结构周围的波面时程图及波峰的影响;其次,阐明上述波浪参数对结构畸形波浪力时程图及波浪力峰值... 详细信息

为研究畸形波浪参数对新型哑铃型桥梁结构波浪力的影响,开展一系列波流水槽模型试验.首先,分析谱峰频率、频率范围及聚焦位置对哑铃型桥梁结构周围的波面时程图及波峰的影响;其次,阐明上述波浪参数对结构畸形波浪力时程图及波浪力峰值的影响规律;最后,基于经典绕射理论,提出适用于新型哑铃型桥梁结构畸形波浪力谱的简化计算方法.研究结果表明:谱峰频率、聚焦位置及频率范围对结构周围的波面位移影响均较小,差异均小于3%.谱峰频率和聚焦位置对哑铃型桥梁结构畸形波浪力有较大影响,当谱峰频率从0.6 Hz增加到1.1 Hz时,顺波向波浪力呈先增后减的变化趋势,变化幅度最高达11.0%,垂向浮托力则下降了57.0%;当频率范围从0.5 Hz增加到0.8 Hz时,顺波向波浪力下降了2.1%,垂向浮托力增大了5.9%;当聚焦位置从结构物的迎浪侧移动到背浪侧时,引起的结构顺波向波浪力变化幅度小于5%,垂向浮托力变化幅度小于3%.经过试验数据和理论分析结果的对比表明,基于绕射理论提出的简化算法可有效计算畸形波作用下哑铃型桥梁结构的波浪力谱模型.

关键词：哑铃型桥梁结构畸形波波浪力水槽试验绕射理论

聚焦波浪对哑铃型跨海桥梁围堰作用的试验研究

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土木工程学报 2019年第10期52卷 93-100页

作者：康啊真祝兵韩嘉怡张家玮杨志莹西南交通大学

台风引起的巨浪将严重威胁跨海桥梁施工期围堰的安全,台风波浪较普通规则波浪具有周期更长、波高更大特点,正好符合聚焦波浪的特征。为更好地指导跨海桥梁围堰抵抗极端台风浪设计,开展聚焦波浪与哑铃型桥梁围堰相互作用的波浪水槽试验研... 详细信息

台风引起的巨浪将严重威胁跨海桥梁施工期围堰的安全,台风波浪较普通规则波浪具有周期更长、波高更大特点,正好符合聚焦波浪的特征。为更好地指导跨海桥梁围堰抵抗极端台风浪设计,开展聚焦波浪与哑铃型桥梁围堰相互作用的波浪水槽试验研究,探讨围堰吃水深度、聚焦波最大波幅、入射角度对测点波面位移及波浪力的影响。其中,分析结果表明,围堰吃水深度及入射角度的变化对测点波面位移的影响不大。随着吃水深度增加,垂直波浪传播方向的有效投影面积增大,围堰顺波向波浪力明显增大。由于波浪能量沿水深衰减,底部浮托力随之减小。随着入射角度增加,有效投影面积增大使得围堰顺波向波浪力非线性增大,而围堰底部浮托力则变化较为平缓。当入射角度和波幅均较大时,围堰顺波向和垂向浮托力的正、负向幅值差异均较大,呈现较明显的不对称性,若按对称受力设计施工方案可能偏危险。与同波幅的聚焦波浪相比,长波条件下若按线性波考虑作用于结构的波浪力将偏不安全,实际跨海桥梁工程设计时有必要按聚焦波浪考虑台风波浪作用。

关键词：聚焦波哑铃型围堰波浪水槽试验波浪力波浪入射角