【摘要】：近年來我國跨海橋梁的建設正在快速發(fā)展并且取得了巨大成就。跨海橋梁,特別是大型跨海橋梁面臨水深、流急、浪高、風大等惡劣氣象、水文條件,環(huán)境荷載對結(jié)構(gòu)安全形成嚴重威脅�？绾Ｐ崩瓨虻幕A結(jié)構(gòu)受波浪和流荷載作用,上部結(jié)構(gòu)受風荷載作用,在風、浪、流的作用下,跨海斜拉橋在施工期和運營期可能發(fā)生較大變形,產(chǎn)生劇烈振動,這將影響施工進程,甚至危及結(jié)構(gòu)安全。大型跨海斜拉橋風、浪、流作用機理及振動響應特性目前有待深入研究,試驗模擬技術和數(shù)值分析技術亟需研究;現(xiàn)有橋梁相關設計規(guī)范對海洋波浪、流荷載作用的考慮還不夠充分,有可能過高估計環(huán)境設計條件,也可能對環(huán)境條件估計不足。為此,本文對大型跨海橋斜拉橋風、浪、流的作用及動力響應進行系統(tǒng)研究,主要的工作內(nèi)容及成果如下:(1)為了深入研究大型跨海斜拉橋橋塔浪、流聯(lián)合作用機理,以三種典型大型跨海斜拉橋橋塔結(jié)構(gòu)為研究對象,采用彈性模型試驗方法,對橋塔結(jié)構(gòu)波浪、流及其聯(lián)合作用動力響應進行試驗研究。提出了一種簡化的“復合材料”彈性模型試驗設計方法,在此基礎上對橋塔結(jié)構(gòu)在波浪、流及其聯(lián)合作用下的動力響應進行了試驗研究,基于試驗結(jié)果分析得到了浪、流聯(lián)合作用下橋塔結(jié)構(gòu)的受力特點和運動響應規(guī)律,為跨海橋梁結(jié)構(gòu)荷載效應計算分析和設計提供重要參考。(2)為了方便于工程應用,對大型圓端形橋塔沉井基礎和一般墩重力式橋墩基礎波浪作用力計算方法進行研究。基于大尺度圓形柱體波浪力理論計算方法及大尺度矩形柱體波浪力經(jīng)驗計算公式,建立了大型圓端形沉井基礎波浪力簡化計算方法,結(jié)合邊界元法數(shù)值計算方法確定了該計算方法的慣性參數(shù),并利用試驗結(jié)果驗證了該計算方法的可行性。另一方面進行了重力式橋墩基礎在波浪作用下的水動力模型試驗,結(jié)合相應的數(shù)值計算對重力式橋墩基礎波浪力的變化規(guī)律進行了分析,在此基礎上分析了重力式橋墩基礎波浪力作用機理,通過試驗結(jié)果確定了此類重力式橋墩基礎波浪力簡化計算的慣性系數(shù),便于工程實際應用。(3)為了深入研究大型跨海斜拉橋橋塔風、浪、流聯(lián)合作用效應特點,以施工期處于自由站立狀態(tài)的鉆石型橋塔結(jié)構(gòu)為研究對象。首先對橋塔結(jié)構(gòu)在平均風作用下風阻系數(shù)進行了數(shù)值計算與分析,將數(shù)值值與相應橋塔結(jié)構(gòu)風洞試驗值進行對比,結(jié)果大致吻合,在此基礎上確定了合理的橋塔風阻系數(shù)。其次對橋塔結(jié)構(gòu)風、浪、流作用力及力矩進行比較分析,得到了大型跨海斜拉橋橋塔風、浪、流作用水平力和力矩的特點。最后對橋塔結(jié)構(gòu)在風、不規(guī)則波浪及其聯(lián)合作用下的動力響應進行了數(shù)值計算與分析,得到了橋塔風、浪及其聯(lián)合作用的動力響應特性,為跨海橋梁的結(jié)構(gòu)設計提供參考。(4)基于鉆石型橋塔結(jié)構(gòu)方案,設計了一座大型跨海公鐵兩用斜拉橋,分析了大型跨海斜拉橋風、浪、流荷載作用力特征。在此基礎上對斜拉橋風、浪及其聯(lián)合作用下的動力響應進行了計算與分析,得到了斜拉橋在風、浪、流作用下的荷載效應特點和運動響應規(guī)律,為大型跨海斜拉橋的設計提供參考。(5)為了分析大型跨海橋梁沉井基礎的波浪作用效應,對斜拉橋恒載、風、浪作用下沉井基礎的荷載效應進行了計算分析,明確了波浪荷載對跨海橋梁沉井基礎的作用效應不可忽視。在此基礎上對不同平面形狀沉井基礎的波浪作用效應進行了計算與對比分析,確定了一定傳播方向的波浪作用下沉井基礎采用何種平面形狀更有利于降低波浪對基礎結(jié)構(gòu)本身的作用效應,為跨海橋梁沉井基礎結(jié)構(gòu)的選型設計提供參考依據(jù)。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U448.27
【圖文】：

諸如海嘯、臺風、和臺風引起的巨浪、風暴潮等均可對跨海橋梁構(gòu)成極大威脅。２００４逡逑年，颶風“Ｉｖａｎ”襲擊美國東南海岸，給沿岸公路橋梁造成了極大的破壞，其中颶風引逡逑起的風暴潮對“Ｅｓｃａｍｂｉａ邋Ｂａｙ邋Ｂｒｉｄｇｅ”的橋面板造成了嚴重損毀，如圖１．２中ａ）所示［ｓ］。逡逑２００５年，颶風“Ｋａｔｒｉｎａ”期間，位于阿拉巴馬州、美國路易斯安那州、密西西比州的近逡逑４５座橋梁遭受不同程度的損毀，如圖１．２中ｂ）所示［９］。我國目前尚未發(fā)生過跨海橋梁逡逑－２－逡逑

即承臺底面位于海床土以上。根據(jù)承臺底面相對于水平面的高度又可進一步分為水上高逡逑承臺群|Щ。ǔ刑ǖ酌娓哂謁媯┖退懈叱刑ㄈ鶴。ǔ刑ǖ酌嫻陀謁媯郟擔罰藎義先繽跡保乘盡ｅ義系比簗Щ〔捎盟銑刑ㄊ�，波浪作用蠑n鋈簗ё芩宄寤髯饔謾Ｈ鶴義弦話閌粲諦〕叨冉峁梗鶴械ジ淖畬笏講ɡ肆捎茫停錚潁椋螅錚罟澆屑撲�，辶x系饔迷謖鋈鶴系淖畬笏講ɡ肆Σ荒薌虻サ慕ジ淖畬笏講ɡ肆Τ艘宰義鮮�，因为鳃Q誆ɡ俗饔孟戮哂腥鶴вΓ郟擔福蕁Ｈ鶴вχ饕逑衷諏椒矯媯閡皇遣ɡ俗麇義希叮義

本文編號：2725085