大型跨海斜拉桥风、浪、流联合作用及动力响应分析
发布时间：2020-06-22 03:02
【摘要】：近年来我国跨海桥梁的建设正在快速发展并且取得了巨大成就。跨海桥梁,特别是大型跨海桥梁面临水深、流急、浪高、风大等恶劣气象、水文条件,环境荷载对结构安全形成严重威胁。跨海斜拉桥的基础结构受波浪和流荷载作用,上部结构受风荷载作用,在风、浪、流的作用下,跨海斜拉桥在施工期和运营期可能发生较大变形,产生剧烈振动,这将影响施工进程,甚至危及结构安全。大型跨海斜拉桥风、浪、流作用机理及振动响应特性目前有待深入研究,试验模拟技术和数值分析技术亟需研究;现有桥梁相关设计规范对海洋波浪、流荷载作用的考虑还不够充分,有可能过高估计环境设计条件,也可能对环境条件估计不足。为此,本文对大型跨海桥斜拉桥风、浪、流的作用及动力响应进行系统研究,主要的工作内容及成果如下:(1)为了深入研究大型跨海斜拉桥桥塔浪、流联合作用机理,以三种典型大型跨海斜拉桥桥塔结构为研究对象,采用弹性模型试验方法,对桥塔结构波浪、流及其联合作用动力响应进行试验研究。提出了一种简化的“复合材料”弹性模型试验设计方法,在此基础上对桥塔结构在波浪、流及其联合作用下的动力响应进行了试验研究,基于试验结果分析得到了浪、流联合作用下桥塔结构的受力特点和运动响应规律,为跨海桥梁结构荷载效应计算分析和设计提供重要参考。(2)为了方便于工程应用,对大型圆端形桥塔沉井基础和一般墩重力式桥墩基础波浪作用力计算方法进行研究。基于大尺度圆形柱体波浪力理论计算方法及大尺度矩形柱体波浪力经验计算公式,建立了大型圆端形沉井基础波浪力简化计算方法,结合边界元法数值计算方法确定了该计算方法的惯性参数,并利用试验结果验证了该计算方法的可行性。另一方面进行了重力式桥墩基础在波浪作用下的水动力模型试验,结合相应的数值计算对重力式桥墩基础波浪力的变化规律进行了分析,在此基础上分析了重力式桥墩基础波浪力作用机理,通过试验结果确定了此类重力式桥墩基础波浪力简化计算的惯性系数,便于工程实际应用。(3)为了深入研究大型跨海斜拉桥桥塔风、浪、流联合作用效应特点,以施工期处于自由站立状态的钻石型桥塔结构为研究对象。首先对桥塔结构在平均风作用下风阻系数进行了数值计算与分析,将数值值与相应桥塔结构风洞试验值进行对比,结果大致吻合,在此基础上确定了合理的桥塔风阻系数。其次对桥塔结构风、浪、流作用力及力矩进行比较分析,得到了大型跨海斜拉桥桥塔风、浪、流作用水平力和力矩的特点。最后对桥塔结构在风、不规则波浪及其联合作用下的动力响应进行了数值计算与分析,得到了桥塔风、浪及其联合作用的动力响应特性,为跨海桥梁的结构设计提供参考。(4)基于钻石型桥塔结构方案,设计了一座大型跨海公铁两用斜拉桥,分析了大型跨海斜拉桥风、浪、流荷载作用力特征。在此基础上对斜拉桥风、浪及其联合作用下的动力响应进行了计算与分析,得到了斜拉桥在风、浪、流作用下的荷载效应特点和运动响应规律,为大型跨海斜拉桥的设计提供参考。(5)为了分析大型跨海桥梁沉井基础的波浪作用效应,对斜拉桥恒载、风、浪作用下沉井基础的荷载效应进行了计算分析,明确了波浪荷载对跨海桥梁沉井基础的作用效应不可忽视。在此基础上对不同平面形状沉井基础的波浪作用效应进行了计算与对比分析,确定了一定传播方向的波浪作用下沉井基础采用何种平面形状更有利于降低波浪对基础结构本身的作用效应,为跨海桥梁沉井基础结构的选型设计提供参考依据。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U448.27
【图文】：
诸如海啸、台风、和台风引起的巨浪、风暴潮等均可对跨海桥梁构成极大威胁。２００４逡逑年，飓风“Ｉｖａｎ”袭击美国东南海岸，给沿岸公路桥梁造成了极大的破坏，其中飓风引逡逑起的风暴潮对“Ｅｓｃａｍｂｉａ邋Ｂａｙ邋Ｂｒｉｄｇｅ”的桥面板造成了严重损毁，如图１．２中ａ）所示［ｓ］。逡逑２００５年，飓风“Ｋａｔｒｉｎａ”期间，位于阿拉巴马州、美国路易斯安那州、密西西比州的近逡逑４５座桥梁遭受不同程度的损毁，如图１．２中ｂ）所示［９］。我国目前尚未发生过跨海桥梁逡逑－２－逡逑
即承台底面位于海床土以上。根据承台底面相对于水平面的高度又可进一步分为水上高逡逑承台群|Щ。ǔ刑ǖ酌娓哂谒妫┖退懈叱刑ㄈ鹤。ǔ刑ǖ酌娴陀谒妫郏担罚荩义先缤迹保乘尽ｅ义系比簗Щ〔捎盟铣刑ㄊ保ɡ俗饔孟拢鋈簗ё芩宄寤髯饔谩Ｈ鹤义弦话闶粲谛〕叨冉峁梗鹤械ジ淖畲笏讲ɡ肆捎茫停铮颍椋螅铮罟浇屑扑悖义系饔迷谡鋈鹤系淖畲笏讲ɡ肆Σ荒芗虻サ慕ジ淖畲笏讲ɡ肆Τ艘宰义鲜蛭鹤诓ɡ俗饔孟戮哂腥鹤вΓ郏担福荨Ｈ鹤вχ饕逑衷诹椒矫妫阂皇遣ɡ俗麇义希叮义
本文编号：2725085
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U448.27
【图文】：
诸如海啸、台风、和台风引起的巨浪、风暴潮等均可对跨海桥梁构成极大威胁。２００４逡逑年，飓风“Ｉｖａｎ”袭击美国东南海岸，给沿岸公路桥梁造成了极大的破坏，其中飓风引逡逑起的风暴潮对“Ｅｓｃａｍｂｉａ邋Ｂａｙ邋Ｂｒｉｄｇｅ”的桥面板造成了严重损毁，如图１．２中ａ）所示［ｓ］。逡逑２００５年，飓风“Ｋａｔｒｉｎａ”期间，位于阿拉巴马州、美国路易斯安那州、密西西比州的近逡逑４５座桥梁遭受不同程度的损毁，如图１．２中ｂ）所示［９］。我国目前尚未发生过跨海桥梁逡逑－２－逡逑
即承台底面位于海床土以上。根据承台底面相对于水平面的高度又可进一步分为水上高逡逑承台群|Щ。ǔ刑ǖ酌娓哂谒妫┖退懈叱刑ㄈ鹤。ǔ刑ǖ酌娴陀谒妫郏担罚荩义先缤迹保乘尽ｅ义系比簗Щ〔捎盟铣刑ㄊ保ɡ俗饔孟拢鋈簗ё芩宄寤髯饔谩Ｈ鹤义弦话闶粲谛〕叨冉峁梗鹤械ジ淖畲笏讲ɡ肆捎茫停铮颍椋螅铮罟浇屑扑悖义系饔迷谡鋈鹤系淖畲笏讲ɡ肆Σ荒芗虻サ慕ジ淖畲笏讲ɡ肆Τ艘宰义鲜蛭鹤诓ɡ俗饔孟戮哂腥鹤вΓ郏担福荨Ｈ鹤вχ饕逑衷诹椒矫妫阂皇遣ɡ俗麇义希叮义
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