跨海大橋深水橋墩波浪效應(yīng)研究.pdf

1、跨海大橋中水下墩柱結(jié)構(gòu)由于所處環(huán)境的復(fù)雜性，雖然剛度比較大，但是在波浪、波流、地震以及颶風等海上動力荷載作用下容易產(chǎn)生較大的動力響應(yīng)，長期頻繁的作用會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)引起疲勞損傷甚至破壞。因此，對水下墩柱結(jié)構(gòu)受到波浪和水流等海洋環(huán)境荷載作用下的研究就顯得十分重要，對水下墩柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計乃至建成后的安全運營都有著重要的現(xiàn)實意義。
　　本文從跨海大橋橋墩所處環(huán)境的特殊性出發(fā)，首先基于波浪理論和波浪力的計算方法，對不同尺寸和形狀的墩柱的波浪力計算

2、方法進行了比較，然后運用驗證過的CDF數(shù)值計算的方法對不同形式的墩柱以及不同參數(shù)的波浪分別進行了數(shù)值計算，并進行了規(guī)律性的總結(jié)，最后分別模擬了均勻流和波流聯(lián)合對圓形墩柱的作用并對墩柱的響應(yīng)進行了分析，主要研究內(nèi)容如下:
　　1.論文在分析了該課題的研究背景和現(xiàn)實意義的基礎(chǔ)上，對國內(nèi)外波浪和波流對結(jié)構(gòu)作用的相關(guān)理論以及在波浪和波流共同作用下對水中墩式結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的相關(guān)研究進行了歸納和總結(jié)，并針對不同尺寸和不同形狀的墩柱所采用的波浪力

3、計算方法進行了比較。
　　2.提出了基于CFD的墩柱波浪力數(shù)值計算方法，為驗證CFD計算方法的準確性，分別把CFD對于小直徑墩柱的計算結(jié)果與莫里森公式的解析解進行了對比。在實驗條件缺乏的前提下，利用現(xiàn)有文獻中的實驗測得的數(shù)據(jù)跟CFD數(shù)值計算的結(jié)果進行對比，以此來驗證數(shù)值求解方法的準確性。
　　3.用CFD數(shù)值計算法對作用于不同形狀的大尺寸墩柱上的波浪力進行了計算分析，首先在模型網(wǎng)格劃分時，以4m圓形墩柱模型為例，通過加密計算

4、域的網(wǎng)格進行波浪力的計算，根據(jù)計算結(jié)果來驗證網(wǎng)格的變化對于計算結(jié)果精度的影響，通過觀察數(shù)值計算后的波浪力時程圖，得到了墩柱上波浪力跟波浪周期之間的變化規(guī)律;然后，通過改變模型的形狀，以4m×4m的方形墩柱來進行波浪力的計算并與圓形墩柱進行對比得出波浪力的變化規(guī)律;接下來，通過改變波長和波高兩個波浪參數(shù)分別來分析兩個參數(shù)變化后波浪力的變化規(guī)律并得到其對波浪力大小的影響程度;再次，為了研究波浪力在墩柱垂直方向的分布規(guī)律，分別求出墩柱上不同位

5、置上的波浪力繪成變化圖，并分析得到波浪力在墩柱垂直方向上的分布規(guī)律;最后，通過計算出來的波浪力來進行不同墩柱上的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析。
　　4.分析了均勻水流作用下的圓形墩柱繞流及渦激振動，研究了波浪與大尺度圓形墩柱作用產(chǎn)生的繞射、反射現(xiàn)象;基于標準k-ε湍流模型，分別對大圓形墩柱采用二維數(shù)值模擬和三維數(shù)值模擬的方法，對在一定流速下圓形墩柱中間深度平面上的繞流流場的壓力分布和速度分布進行了分析;對水流作用下圓形墩柱尾流區(qū)渦旋發(fā)展的一個

6、周期的過程進行了描述，探討了均勻水流作用下水中墩柱結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)規(guī)律;最后通過數(shù)值計算得出了均勻水流對圓形墩柱作用力值以及在墩柱上的分布規(guī)律。
　　5.對圓形墩柱在波浪和均勻水流的聯(lián)合作用下的流場變化特點進行了研究，首先探討了波流聯(lián)合作用的方法和機理;然后對波流聯(lián)合作用下圓形墩柱不同深度上的繞流流場的壓力分布和速度分布進行比較分析;最后通過數(shù)值計算得到了波流聯(lián)合作用的最大波流力，并與波浪和水流分別作用的最大波浪力疊加值大小進行比較、