• ISSN 0258-2724
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基于绕射理论的大尺度桥墩波浪力计算方法

邓莎莎 沈火明 刘浪 唐怀平

邓莎莎, 沈火明, 刘浪, 唐怀平. 基于绕射理论的大尺度桥墩波浪力计算方法[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(2): 266-271. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.02.007
引用本文: 邓莎莎, 沈火明, 刘浪, 唐怀平. 基于绕射理论的大尺度桥墩波浪力计算方法[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(2): 266-271. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.02.007
DENG Shasha, SHEN Huoming, LIU Lang, TANG Huaiping. Research of Calculation Method for Wave Forces Acting on Large-Scale Bridge Piers Based on Diffraction Theory[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(2): 266-271. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.02.007
Citation: DENG Shasha, SHEN Huoming, LIU Lang, TANG Huaiping. Research of Calculation Method for Wave Forces Acting on Large-Scale Bridge Piers Based on Diffraction Theory[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(2): 266-271. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.02.007

基于绕射理论的大尺度桥墩波浪力计算方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.02.007
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51378437

详细信息
    作者简介:

    邓莎莎(1987-), 女, 博士研究生, 研究方向为结构动力, 电话:15882193998, E-mail:dengshasha46@126.com

    通讯作者:

    沈火明(1968-), 男, 博士, 教授, 研究方向为结构振动与控制、工程结构仿真、微动磨损与微动疲劳, E-mail:hmshen@126.com

  • 中图分类号: U443.15

Research of Calculation Method for Wave Forces Acting on Large-Scale Bridge Piers Based on Diffraction Theory

  • 摘要: 为拓展MacCamy绕射理论在大尺度桥墩波浪力计算方面的适用性,采用数值与解析相结合的方法对大尺度桥墩波浪力的计算模式进行了研究.首先基于数值方法研究了波浪作用下截面尺寸及截面形状对桥墩惯性力系数的影响;然后引入绕射系数对Morison方程进行修正,提出了能够适用于大尺度结构物波浪力计算的修正Morison方程.研究结果表明:相比圆截面桥墩而言,方形截面桥墩的惯性力系数值下降更快,大尺度效应更加明显;通过引入绕射系数修正后的Morison方程用于计算大尺度圆形桥墩波浪力后与数值解更接近;纵向尺寸取0.2倍波长时能较好的计算大尺度方型桥墩波浪力.

     

  • 图 1  大直径圆柱波浪力计算坐标系统

    Figure 1.  Coordinate system of calculating wave forces acting on large diameter cylinder (c is wave speed)

    图 2  不同尺度圆形桥墩流线图

    Figure 2.  Streamline charts of circular piers at different scales

    图 3  不同尺度方形桥墩流线图

    Figure 3.  Streamline charts of square piers at different scales

    图 4  不同尺度下圆形桥墩波浪作用液面图

    Figure 4.  Liquid surface figure of circular piers at different scales

    图 5  不同尺度下方形桥墩波浪作用液面图

    Figure 5.  Liquid surface figure of square piers at different scales

    图 6  惯性力系数与尺度关系曲线

    Figure 6.  Relation curves of inertia coefficients and scales

    图 7  修正前后圆形桥墩对比

    Figure 7.  Comparison of CM values of circular pier before and after correction

    图 8  波浪力与方形桥墩尺度关系曲线

    Figure 8.  Relationship between wave forces and square piers

    表  1  不同直径(边长)圆形(方形)桥墩CM

    Table  1.   The values of circular pier and square pier at different scales

    桥墩类型 D/L
    0.083 0167 0.250 0.333 0.417 0.500
    圆形波浪力CM 2.30 2.31 2.28 2.24 2.15 2.02
    方形波浪力CM 2.70 2.72 1.80 1.30 1.208 1.12
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    表  2  圆形桥墩绕射系数与尺度关系

    Table  2.   Relationship between the diffraction coefficients and scales of circular pier

    D/L 0.08 0.17 0.25 0.34 0.41 0.50 0.58 0.67
    R 1.00 0.99 0.98 0.96 0.93 0.87 0.81 0.78
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    表  3  Morison方程(修正后)与数值计算对比

    Table  3.   Comparison between Morison equation(corrected) calculation and numerical calculation

    方形桥墩边长/m 修正Morison方程值
    (纵向尺度取0.2L)
    数值计算值 差值/%
    1.0 5.4 5.5 1.8
    1.5 9.8 10.2 3.9
    2.0 13.1 13.7 4.3
    2.5 16.3 17.3 5.8
    3.0 19.7 20.9 5.7
    3.5 22.9 23.5 2.6
    4.0 26.3 26.8 1.9
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  • 收稿日期:  2017-05-03
  • 刊出日期:  2018-04-25

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