波浪對(duì)坡橋的沖擊作用機(jī)理與數(shù)值模擬研究.pdf

1、2005年，颶風(fēng)卡特里娜（Katrina）對(duì)墨西哥灣的沿岸跨海橋梁造成了嚴(yán)重破壞，其中比洛克西灣上的橋梁受損極為嚴(yán)重。盡管在此之前，有許多試驗(yàn)或數(shù)值研究已經(jīng)揭示了橋梁在極端自然災(zāi)害作用下的破壞機(jī)理，但關(guān)于沿橋梁縱向具有傾斜橋面板的橋梁，破壞的研究相對(duì)較少。在風(fēng)暴潮等惡劣海況發(fā)生時(shí)，海面上必然會(huì)產(chǎn)生洶涌的波濤，這就使得跨海橋梁的坡橋段受到波浪更為強(qiáng)烈的沖擊作用。當(dāng)由于考慮造價(jià)、景觀效果等原因，橋梁主梁高程會(huì)修建的較低，當(dāng)發(fā)生極端情況時(shí)，產(chǎn)

2、生的海浪會(huì)對(duì)坡橋橋面板產(chǎn)生較為嚴(yán)重的損壞，甚至破壞橋梁。
　　通過(guò)結(jié)合三維數(shù)值波浪水槽，通過(guò)相關(guān)波浪要素的設(shè)置，利用VOF方法求解水氣分界面和PISO算法運(yùn)算求解流場(chǎng)，以CFD軟件FLUENT為平臺(tái)，運(yùn)用上述相關(guān)條件設(shè)置好的三維數(shù)值波浪水槽，將計(jì)算得到波浪力同天津港灣工程研究所的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了三維數(shù)值波浪水槽及相關(guān)設(shè)置的可行性。然后以比洛克西灣大橋?yàn)檠芯吭?，探究了跨海大橋坡橋段橋面板（傾角為0°~3°）在波浪沖擊作用下的波

3、浪荷載大小。橋面高程確定，采用五種不同的水面高程，不同的橋面板傾角，對(duì)特定條件下的波浪力荷載進(jìn)行分析，其中包括水平作用力、垂直作用力和扭矩作用。研究表明，在相同的波浪要素下，在橋面高程不變的情況下，波浪的波峰抨擊到主梁上時(shí)，對(duì)坡橋的作用力較大；當(dāng)波峰超過(guò)橋面高程時(shí)，隨著水面高程的增加，波浪力逐漸減小；當(dāng)水面沒(méi)過(guò)橋面時(shí)，波浪力又開(kāi)始增大，但是增幅較小。通過(guò)研究還發(fā)現(xiàn)，對(duì)坡橋橋面板影響最大的力為升力，在近海淺水或者中等水深作用下的線性波浪，

4、隨著橋面板傾角的改變，導(dǎo)致波浪與坡橋橋面板的作用面積改變，波浪波形與坡橋橋面板的夾角改變，使得升力也發(fā)生了變化，坡橋傾角從0°到3°，升力先上升后下降。在1°、2°左右達(dá)到最大值。通過(guò)對(duì)坡橋橋面板研究得出的結(jié)論，可以作為以后傾斜橋面板設(shè)計(jì)的參考依據(jù)，為最大限度的降低海浪作用對(duì)跨海橋梁坡橋段帶來(lái)的危害提供一定的指導(dǎo)作用。
　　最后，對(duì)坡橋在不同水面高程、不同傾斜角度下橋面板的受力分析做出了總結(jié)，并針對(duì)自己目前研究的不足，對(duì)以后坡橋需