滨海桥梁海啸涌波荷载研究

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系统研究滨海桥梁在海啸涌波作用下的受力机理对于其破坏模式的判别及其减灾防护措施的制定具有重要的理论意义和现实意义。近年来,虽然在桥梁的海啸涌波荷载研究方面已取得了一些研究成果,但仍有不少问题有待深入研究。为此,在对现存问题充分梳理分析的基础上,论文以滨海地区广泛采用的中小跨度桥梁为研究对象,采用数值研究为辅、试验研究为主的方法,系统深入地研究了海啸涌波流场特点,海啸涌波作用下桥墩、上部梁体的受力规律以及海啸荷载计算方法。主要研究工作下:1、基于标杆试验系统对比分析了RANS方程、Euler方程和理论方法计算溃坝涌波的计算精度和优缺点。对下游无水和不同水深溃坝波的产生和传播演化的全过程进行了系统精细的流场特性数值研究,研究表明,下游无水、浅水和深水溃坝波的流场特性存在显著差异。2、对溃坝波的波前形态、水槽底部摩擦系数等进行了系统深入的试验研究,研究表明,波前形态随着来流波高均值与初始水深之比=(?2-?0)??0的逐渐增加逐渐演变,下游无水溃坝波的底部摩擦系数1)介于0.01到0.02之间。3、对圆形、圆端形桥墩开展了系列海啸涌波试验研究,系统分析了圆形、圆端形桥墩压力时程特征、竖向分布及其演变过程,所受力和弯矩荷载时程特征及对应的荷载无量纲系数随下游初始水深(无水及系列不同水深)和来流波高的变化规律。提出了圆形桥墩和圆端形桥墩在海啸涌波作用下所受力和弯矩最大值的计算方法。4、对板梁、箱梁和T梁开展系列海啸涌波试验研究,系统分析并得到了梁底中点所受水平力、竖向力和弯矩以及各侧面上的压力在冲击段、波动段和似平稳段的时程特征和演变规律,系统分析并得到了梁底中点所受水平力、竖向力和弯矩的冲击峰值和似平稳段均值随着初始水深、来流波高以及梁底高程的变化规律。5、对现有的上部结构的波浪力、海啸力计算方法进行了对比分析,基于梁体的荷载变化特征,研究并提出了适用于典型梁体(板梁、箱梁和T梁)在海啸涌波作用下的水平力、竖向力和弯矩的冲击峰值和似平稳段荷载的计算方法。6、通过模型试验,研究了梁体横坡和腹腔开孔对上部结构海啸涌波荷载的影响,研究表明横坡和腹腔开孔对梁体的水平力、竖向力及弯矩的冲击峰值、似平稳段均值均有明显影响。本文系统研究了滨海桥梁典型上下部结构的海啸涌波荷载,相关成果可为滨海桥梁海啸涌波荷载的计算分析、桥梁破坏模式的判别及其防护措施的制定提供参考借鉴。
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