大尺度承台结构波浪力计算方法比较

近些年来我国兴建了大量的跨海大桥,波浪力是桥梁基础的重要荷载之一,而基础多采用墩台桩基结构,其中承台尺度较大,关于波浪力计算目前并无统一的计算方法和规范要求,分别采用Morison公式、绕射理论和CFD方法计算不同尺度承台所受波浪力,比较不同方法在计算大尺度承台结构时的适用性,结果表明Morison公式并不适合计算大尺度截断结构,而绕射理论与CFD方法能取得较好的计算结果,特别是结构尺度相对较大时,该研究为桥墩波浪力计算和结构设计提供参考和依据。     

乐清湾大桥桥梁基础波浪力计算研究

在桥梁基础波浪力计算中,波浪对桥梁基础产生的水平力为主要设计荷载,其很大程度上控制桥梁基础的规模。为了给桥梁基础设计提供依据,确保桥梁结构受力安全、经济合理,选取乐清湾大桥1号桥基础为研究对象,采用大直径结构波浪力计算数学模型,对作用于承台和群桩上的波流力分别进行计算,并对承台波流力进行合成系数分析,提出承台波流力可近似通过波浪力与水流力之和乘以1.04来计算。利用波浪物理模型试验对该计算方法进行研究和论证,建立适用于实际工程的有效数值模型,为工程的安全设计提供重要保证。     

跨海桥梁高桩承台复合桥墩波浪荷载分析

为准确计算跨海大桥桥墩所受的波浪荷载,研究高桩承台复合桥墩各结构间相互波浪绕射影响,采用FLUENT软件平台建立三维数值波浪水槽,分别针对波浪单独作用于桩基、承台、墩身和作用于复合桥墩等4种工况,模拟分析了各结构波浪力随水位和周期的变化规律,以及各结构间的波浪绕射影响。研究结果表明:当CS>0时,桩基水平波浪力随着水位增加而减小,受承台波浪绕射影响,桩基水平波浪力会增大,且随着水位增加,承台波浪绕射影响越明显;承台水平波浪力随水位先增后减,受桩基和墩身波浪绕射影响,水平波浪力也增大,承台水平波浪力最大增幅约25%;承台垂向波浪力随水位增加呈И形分布,且在不同水位条件下,随周期变化规律不同;墩身受承台波浪绕射影响明显,墩身水平波浪力最大增幅约250%。     

跨海桥梁哑铃形围堰规则波浪力试验研究

为尽量准确地估算跨海桥梁哑铃形围堰的波浪力,开展波浪水槽试验。以某跨海大桥哑铃形围堰为原型,制作1∶60围堰模型,采用波浪水槽试验系统制造规则线性波,研究波浪周期、波高和波浪入射角对围堰波浪力的影响规律,并根据试验结果提出考虑结构尺度效应的哑铃形围堰最大波浪力简化计算方法。结果表明:随着波浪周期的增加,哑铃形围堰的纵向、横向波浪力呈先增加后减小的趋势,竖向波浪力呈增加趋势,长波条件下需重视竖向波浪力的作用;随着波高的增加,围堰各方向波浪力基本线性增加;随着波浪入射角的增加,纵向波浪力明显增加,横向波浪力呈先增加后减小的规律,入射角45°时波浪力最大;提出的波浪力简化计算方法能较准确地估算哑铃形围堰的最大波浪力。     

承台-群桩结构波浪力理论分析

目前桥梁基础的波浪力计算大多采用数值模拟的方式进行研究,但数值模拟存在计算成本高、耗时长等缺点。因此基于线性势流理论首次推导了承台-群桩结构的波浪绕射作用计算公式,求解得到了承台波浪力的半解析解。首先将承台-群桩结构简化为上层穿出水面、下层嵌入水底的双层多柱体结构,其中上层单柱体代表承台,下层多柱体代表群桩。然后将计算域划分为承台外侧和下侧2个子域,子域间的交界面函数通过傅里叶级数处理,通过匹配特征函数展开法对每一个子域的速度势函数进行求解,最终得到承台表面波浪力。在进行解的收敛性分析和与边界元软件进行大量的对比验证后,分析了桩半径和承台高度对承台表面波浪力的影响。研究发现：在小波数范围内,承台表面的量纲一的波浪力会随着群桩的存在而增大,并随着桩半径的增加而进一步增大;同时承台高度的增加会首先对波浪力的增加有促进作用,但在承台高度达到某一临界值后,承台量纲一的波浪力将会减小。首次基于势流理论推导的双层多柱体波浪作用的理论公式,为承台-群桩结构表面波浪力的求解提出了一种新的半解析方法,相较于数值模拟,其能在保证结果准确性的同时,也能使得计算更加方便快捷、成本低廉,为之后波浪作用理论的进一步完善提供有力支撑。     

规则波浪作用下对称八边形沉井受力数值模拟研究

为研究对称八边形沉井结构较传统沉井结构对周围流场遮蔽效应与受力激增的改善作用,采用数值模拟方法进行沉井结构受力特性分析。基于RNG κ-ε湍流模型及RANS方程,采用Flow3d软件建立水槽三维数值模型,在验证数值模型有效性的基础上,分析对称八边形、圆端形和矩形沉井结构在入射角为0°、30°、45°、60°、90°的规则波浪作用下,各结构周围流场的流速分布特性与波浪力,并与《港口与航道水文规范》(JTS 145—2015)的计算结果对比。结果表明：对称八边形沉井结构可有效改善传统沉井结构对周围流场的遮蔽效应与受力,使结构周围流场流速分布更均匀;与入射角为0°相比,入射角为30°～60°时,对称八边形、圆端形、矩形沉井结构所受的最大总水平波浪力激增1.5～1.8倍,建议在实际工程设计中考虑入射角的影响;入射角为90°时,规范计算的矩形沉井结构波浪力低于数值模型计算的对称八边形沉井结构波浪力。入射角为0°～90°时,规范计算的圆端形沉井结构波浪力均高于数值模型计算的对称八边形沉井结构,建议采用圆端形沉井结构计算方法指导对称八边形沉井结构设计。     

跨海桥梁承台波流力计算方法与合成系数研究及应用

为研究跨海桥梁承台波流力计算方法与合成系数取值的适用性,给跨海桥梁承台波流力计算提供指导,基于承台波浪力和水流力计算理论,以平潭海峡公铁大桥SR54号桥墩为研究对象,通过物理模型试验,得到承台波流力与波浪力、水流力之和的比值(合成系数)。试验结果表明:对于桥梁基础承台波流力最大值可简化地取波浪力最大值与水流力最大值之和的1.04(合成系数)倍,在计算时可忽略桥墩和桩基的影响。将该方法应用于港珠澳大桥、平潭海峡公铁大桥以及某输变电工程电塔基础承台结构波流力计算,结果表明采用该方法的波流力计算值与模型试验值符合较好,具有较高的精度,可推广应用于同类跨海桥梁承台波流力计算。     

波浪对桥梁结构的影响浅析

阐述波浪力对桥梁结构受力的计算理论,引入工程实例,运用计算理论得出实际工程中桥梁结构所受的上托力、侧压力、下压力和水平力,将其与模型试验结果进行对比,得出对工程设计较为实用的结论。     

三维波浪对不同截面形式深水桥墩作用力的数值分析

针对波浪对深水桥墩的作用,不同截面形式的深水桥墩受到同一种波浪参数的波浪力的影响大小各不相同,这就需要对深水桥墩在设计和施工阶段采取有效的应对方法。该文以CFD数值计算的方法为基础,对圆形和方形截面形式的深水桥墩在相同三维波浪参数作用下分别进行了计算,并得到了各自波浪力的大小,数值计算结果表明:圆形墩柱受到的波浪力要小于边长为圆形直径的方形墩柱的波浪力,并且在墩柱自由水面向墩柱底部垂直深度方向的分布上,波浪力逐步减小,在到达某一深度上波浪力减小为0,并在此深度之下保持不变。     

深水桥梁双承台组合基础波浪力的参数影响性研究

为研究组合基础中各构件波浪力的变化规律,以某深水桥梁采用的双承台组合基础为原型,采用特征函数展开匹配法计算承台波浪力,结合Morison公式计算桩柱波浪力,分析承台尺寸、浸深和桩柱位置等参数的变化对基础波浪力的影响。结果表明:下承台半径对上承台波浪力(力矩)影响较大,其高度的影响与上、下承台半径比有关;上承台尺寸主要影响下承台水平波浪力和波浪力矩;随上承台浸深的增加,下承台波浪力(力矩)曲线出现多个极值;中部桩柱波浪力随上承台浸深增加呈先增后减趋势;边部桩柱波浪力随桩心角的增大呈先增后减趋势、随桩心距的增大而增加,承台的存在引起波浪力偏向和相位差。