波浪與海流作用下跨海大橋下部結(jié)構(gòu)受力特性研究.pdf

1、隨著人類生產(chǎn)、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(shè)計(jì)功能的同時(shí)還承受著各種復(fù)雜惡劣的海洋荷載，尤其是大橋的橋墩及基礎(chǔ)，一直承受著波浪、海流的作用，其受力狀態(tài)遠(yuǎn)比內(nèi)河橋梁復(fù)雜的多。因此結(jié)合波浪、海流等海洋環(huán)境荷載，對(duì)其力學(xué)特性進(jìn)行研究具有十分重要的意義。
　　本文以國(guó)家大力推進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、全面推動(dòng)海洋科學(xué)研究和開發(fā)為背景，在湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目―波流力作用下跨海大橋基礎(chǔ)動(dòng)力響應(yīng)研究”（2014C

2、FA122）資助下，針對(duì)波浪、海流荷載作用下的橋墩和樁基力學(xué)特性及其影響因素展開了深入的研究，主要內(nèi)容如下：
　　1、準(zhǔn)確模擬了線性波浪以及 Stokes五階波。以線性疊加法為基礎(chǔ)，通過編寫用戶子程序?qū)α黧w分析軟件CFX進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)JONSWAP譜描述的隨機(jī)波浪的數(shù)值模擬，并對(duì)小尺度樁柱結(jié)構(gòu)的受力特性進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算分析。同過大量的算例，計(jì)算了不同波高、周期水深等參數(shù)下結(jié)構(gòu)的波浪力，并通過與實(shí)測(cè)資料、試驗(yàn)結(jié)果以及理論值的對(duì)比

3、，驗(yàn)證了波浪水槽的正確性和有效性。
　　2、通過計(jì)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(jié)了考慮和不考慮流固耦合效應(yīng)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(dòng)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(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響大小。通過計(jì)算得出圓柱直徑、相對(duì)水深和相對(duì)周期為影響流固耦合效應(yīng)的敏感參數(shù)。當(dāng)相對(duì)柱徑 D/h>0.04,相對(duì)水深 d/l<0.4時(shí)，或結(jié)構(gòu)相對(duì)周期T0/T<0.5時(shí)可不

4、考慮流固耦合作用的影響。
　　3、在總結(jié)海流對(duì)波浪運(yùn)動(dòng)特性影響的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了波、流共同作用下的考慮流固耦合影響的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程。采用Newmark-β法將其在時(shí)間上離散從而使得問題得以解耦，通過 MATLAB自編了相應(yīng)程序。討論了水流速度、波流夾角對(duì)基樁所受波浪力的影響，以及基樁自身截面形狀及尺寸對(duì)波流力大小的影響。
　　4、以某跨海大橋樁基試驗(yàn)為依據(jù)，建立了群樁結(jié)構(gòu)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(duì)群樁結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(duì)其受力產(chǎn)生的削弱作用，其削弱效果隨樁距的增大呈下降趨勢(shì)。KC數(shù)對(duì)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(jìn)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(duì)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