波浪與海流作用下跨海大橋下部結構受力特性研究.pdf

1、隨著人類生產、生活不斷向海洋深入，越來越多的跨海大橋也隨之涌現(xiàn)。這些橋梁在滿足自身設計功能的同時還承受著各種復雜惡劣的海洋荷載，尤其是大橋的橋墩及基礎，一直承受著波浪、海流的作用，其受力狀態(tài)遠比內河橋梁復雜的多。因此結合波浪、海流等海洋環(huán)境荷載，對其力學特性進行研究具有十分重要的意義。
　　本文以國家大力推進海洋經濟發(fā)展、全面推動海洋科學研究和開發(fā)為背景，在湖北省自然科學基金項目―波流力作用下跨海大橋基礎動力響應研究”（2014C

2、FA122）資助下，針對波浪、海流荷載作用下的橋墩和樁基力學特性及其影響因素展開了深入的研究，主要內容如下：
　　1、準確模擬了線性波浪以及 Stokes五階波。以線性疊加法為基礎，通過編寫用戶子程序對流體分析軟件CFX進行二次開發(fā)，實現(xiàn)了對JONSWAP譜描述的隨機波浪的數(shù)值模擬，并對小尺度樁柱結構的受力特性進行實時計算分析。同過大量的算例，計算了不同波高、周期水深等參數(shù)下結構的波浪力，并通過與實測資料、試驗結果以及理論值的對比

3、，驗證了波浪水槽的正確性和有效性。
　　2、通過計算不同柱徑、水深、波高等工況下圓柱所受的波浪力和柱頂位移，總結了考慮和不考慮流固耦合效應兩種情況下圓柱受力隨柱徑、水深等參數(shù)變化的規(guī)律，提出了流固耦合動力放大系數(shù)和位移放大系數(shù)的概念，以衡量流固耦合效應對結構的影響大小。通過計算得出圓柱直徑、相對水深和相對周期為影響流固耦合效應的敏感參數(shù)。當相對柱徑 D/h>0.04,相對水深 d/l<0.4時，或結構相對周期T0/T<0.5時可不

4、考慮流固耦合作用的影響。
　　3、在總結海流對波浪運動特性影響的基礎上，推導了波、流共同作用下的考慮流固耦合影響的結構動力學方程。采用Newmark-β法將其在時間上離散從而使得問題得以解耦，通過 MATLAB自編了相應程序。討論了水流速度、波流夾角對基樁所受波浪力的影響，以及基樁自身截面形狀及尺寸對波流力大小的影響。
　　4、以某跨海大橋樁基試驗為依據(jù)，建立了群樁結構在波浪荷載作用下的仿真模型，并分別討論了平行和垂直波浪方

5、向上不同樁距對群樁結構受力的影響。波浪荷載作用下，垂直波浪方向布置的群樁由于相互之間的影響而使其受力產生放大效果，這一影響隨著樁距的增大而減弱。平行波向布置的群樁由于各樁之間的相互影響而對其受力產生的削弱作用，其削弱效果隨樁距的增大呈下降趨勢。KC數(shù)對垂直波浪方向的群樁干擾系數(shù)幾乎沒有影響；而在平行波浪前進方向上，各樁的干擾系數(shù)隨KC數(shù)的增大而減小且這一影響對后樁更為明顯。
　　本文系統(tǒng)分析了跨海大橋橋墩及樁基在波浪、海流作用下的