本文選題：跨海橋梁 + 錨固圍堰��； 參考：《西南交通大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：隨著我國海洋工程和近海岸工程的不斷建設(shè),國家中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃及高速公路網(wǎng)的規(guī)劃中出現(xiàn)越來越多的跨海橋梁。目前眾多跨海大橋已建成,且大多屬于沿海的橋梁,如杭州灣跨海大橋,香港-珠海-澳門跨海大橋等,這些橋梁的水深多在10m～40m左右,而目前規(guī)劃中的渤海灣通道、瓊州海峽通道和臺(tái)灣海峽通道的水深大多在60m以上,跨海深水橋梁建設(shè)面臨重大技術(shù)挑戰(zhàn),特別是深水橋梁基礎(chǔ)的建造技術(shù)尤為突出。由于深水海域的大跨度橋梁所處的海洋環(huán)境極為復(fù)雜,使得橋梁的基礎(chǔ)工程、圍堰的設(shè)計(jì)和施工面臨更大的考驗(yàn),橋梁圍堰所受的波浪力及其引起的動(dòng)力響應(yīng)已成為跨海深水橋梁建設(shè)中急需解決的關(guān)鍵問題�？绾Ｉ钏畼蛄夯A(chǔ)工程施工中所用的橋梁圍堰,波浪力設(shè)計(jì)值對其設(shè)計(jì)和施工起控制作用,作用于圍堰上的波浪力計(jì)算的準(zhǔn)確與否,對其施工安全性、可靠性將產(chǎn)生直接影響。針對圍堰所受的波浪力及其作用下引起的動(dòng)力響應(yīng)研究,對圍堰的設(shè)計(jì)、浮運(yùn)、精確定位具有重要工程指導(dǎo)意義。針對跨海深水橋梁圍堰的施工定位所面臨的難題,文中開展跨海深水橋梁圍堰所受的波浪力及其作用下引起的動(dòng)力響應(yīng)研究。首先,為實(shí)現(xiàn)隨時(shí)間和空間不斷變化的三維自由液面的追蹤,采用多層6坐標(biāo)變換法將實(shí)際的不規(guī)則物理計(jì)算域變換到規(guī)則的立方體計(jì)算域。其次,為模擬任意形式的不規(guī)則結(jié)構(gòu)物表面,添加浸沒邊界法對固體表面進(jìn)行處理,建立了三維波浪與結(jié)構(gòu)物的相互作用的數(shù)學(xué)模型。最后,運(yùn)用所建立的三維數(shù)學(xué)模型獲得跨海深水橋梁圍堰所受的瞬時(shí)波浪荷載,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合有限元方法研究波浪力作用下跨海深水橋梁錨固圍堰的動(dòng)力響應(yīng)問題,并分析波浪參數(shù)、拉纜參數(shù)對錨固圍堰的振動(dòng)響應(yīng)的影響,為跨海深水橋梁錨固圍堰的精確定位提供必要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。主要研究內(nèi)容如下：1.建立了基于大渦模擬法的三維波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用的數(shù)學(xué)模型,為實(shí)現(xiàn)隨時(shí)間和空間不斷變化的三維自由液面的追蹤,采用多層6坐標(biāo)變換法將實(shí)際的不規(guī)則物理求解域變換到規(guī)則的立方體求解域,便于數(shù)值模擬時(shí)施加邊界條件和數(shù)值求解。波浪與結(jié)構(gòu)物接觸面的處理是三維波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用數(shù)學(xué)模擬的關(guān)鍵,采用浸沒邊界法實(shí)現(xiàn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)物表面的精確模擬。在該數(shù)學(xué)模型的數(shù)值實(shí)現(xiàn)中,采用分裂算子法對基本控制方程分解成三個(gè)求解子步,分別為對流步、擴(kuò)散步及虛擬邊界力的求解步,并分別用相應(yīng)差分格式對各子步進(jìn)行離散求解。2.對所建立的三維數(shù)學(xué)模型開展了驗(yàn)證研究。運(yùn)用所建立的三維數(shù)學(xué)模型,模擬了波浪與不同淹沒深度的圓柱相互作用的問題。從自由面位移計(jì)算和結(jié)構(gòu)物所受的力及力矩計(jì)算兩個(gè)方面進(jìn)行驗(yàn)證。通過將數(shù)值模擬結(jié)果與相應(yīng)的理論解、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及其他數(shù)值模擬方法結(jié)果對比表明,所建立的三維數(shù)學(xué)模型可以有效地捕捉結(jié)構(gòu)物附近的波浪爬高,并且能夠準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)物所受的波浪荷載作用。3.對所建立的三維數(shù)學(xué)模型開展了應(yīng)用研究。分析了不同入射波夾角、吃水深度、入射波周期對結(jié)構(gòu)物周圍的波場衍射形態(tài)及其所受的波浪力作用的影響。首先,模擬了不同入射波夾角的三維波浪與啞鈴型圍堰的相互作用。結(jié)果表明,隨著入射波夾角的增加,結(jié)構(gòu)物受到的縱向波浪力越來越大,而受到的橫向波浪力先增加然后減小。其次,針對三維波浪與圓端形圍堰的相互作用的問題進(jìn)行數(shù)值模擬研究。研究表明,隨著吃水深度的增加,由于垂直波浪傳播方向的投影面積的增加,結(jié)構(gòu)物受到的縱向波浪力越來越大,而由于波浪運(yùn)動(dòng)速度從水面往下衰減,因此結(jié)構(gòu)物底部所受的豎向波浪力越來越小。最后,模擬了不同入射波周期的三維波浪與圓形沉井的相互作用。研究表明,隨著入射波周期的減小,作用于結(jié)構(gòu)物上的沿著波浪傳播方向的波浪力及波浪力矩呈先增后減的變化趨勢,而作用于結(jié)構(gòu)物底部的豎向波浪力隨著入射波周期的減小呈減小的變化的趨勢。4.針對跨海深水橋梁圍堰在三維波浪作用下的施工定位所面臨的難題,以正在建設(shè)中的平潭海峽公鐵兩用大橋的鼓嶼門水道橋Z03#主墩擬用的鋼吊箱圍堰作為研究對象,開展了三維波浪作用下跨海深水橋梁錨固圍堰的動(dòng)力響應(yīng)研究。運(yùn)用所建立的三維波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到錨固圍堰所受的瞬時(shí)波浪荷載,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合有限元方法對錨固圍堰在波浪荷載作用下的振動(dòng)位移響應(yīng)及拉纜的索力響應(yīng)進(jìn)行了研究。分析了波浪參數(shù)(入射波周期、波高)、拉纜參數(shù)(索預(yù)張力、索面積、索長)對錨固圍堰的振動(dòng)位移響應(yīng)及拉纜的索力響應(yīng)的影響。研究表明,隨著入射波周期的減小,錨固圍堰的振動(dòng)位移響應(yīng)及拉纜的索力響應(yīng)呈先增加然后減小的規(guī)律；而隨著波高的增加,圍堰的振動(dòng)響應(yīng)隨之增大；增加拉纜預(yù)張力、截面積或者適當(dāng)減小拉纜的長度,可以有效減小錨固圍堰的振動(dòng)位移響應(yīng)。最后針對本文所做的研究工作進(jìn)行歸納,并探討了今后可能有必要進(jìn)一步鉆研和開拓的有關(guān)課題。
[Abstract]:This paper deals with the dynamic response of bridge cofferdam in deep water bridge . In this paper , the interaction between three - dimensional wave and dumbbell - type cofferdams is studied by using the mathematical model of the interaction between three - dimensional waves and circular end - shaped cofferdams .
As the wave height increases , the response of the cofferdam increases ;
Increasing the pre - tension , cross - sectional area or decreasing the length of the cable can effectively reduce the response of vibration displacement of the anchorage cofferdam . Finally , the research work done in this paper is summarized , and the related topics which may be necessary for further research and exploration in the future are discussed .
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U445.556

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 勾瑩,滕斌,寧德志;波浪與兩相連浮體的相互作用[J];中國工程科學(xué);2004年07期

2 李志印,熊小輝,吳家鳴;計(jì)算流體力學(xué)常用數(shù)值方法簡介[J];廣東造船;2004年03期

3 晏景通,高日;索網(wǎng)結(jié)構(gòu)兩種找形方法的比較與分析[J];鋼結(jié)構(gòu);2002年01期

4 陳光福;雙壁鋼圍堰的施工技術(shù)[J];中國港灣建設(shè);2002年06期

5 李世森,張偉,秦崇仁;大直徑圓筒結(jié)構(gòu)上波浪力的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[J];中國港灣建設(shè);2003年02期

6 向陽，，沈世釗;懸索結(jié)構(gòu)的初始形狀確定分析[J];哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào);1997年03期

7 李玉成,劉德良,陳兵,李林普;大尺度圓柱墩群周圍的波流場的數(shù)值模擬[J];海洋通報(bào);2005年02期

8 駱艷斌;徐偉;宋燦;;不同形狀鋼吊箱動(dòng)力特性比較分析[J];結(jié)構(gòu)工程師;2006年03期

9 徐偉;高吉龍;;特大型鋼吊箱圍堰施工過程中各工況的受力特性分析[J];建筑施工;2008年06期

10 施海軍;;大型鋼吊箱圍堰拋錨定位技術(shù)[J];科技信息;2010年11期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 郭曉宇;數(shù)值波浪水槽及其應(yīng)用研究[D];上海交通大學(xué);2011年

2 谷漢斌;波浪與建筑物作用的數(shù)學(xué)模型研究與應(yīng)用[D];天津大學(xué);2005年

3 譚長建;波浪效應(yīng)下大跨度斜拉橋索橋耦合振動(dòng)研究[D];西南交通大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 劉杰文;大型鋼吊箱圍堰整體浮運(yùn)錨墩定位施工技術(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2006年

2 張紅心;大型鋼吊箱圍堰整體浮運(yùn)錨墩定位施工技術(shù)[D];中南大學(xué);2007年

3 劉璐;鋼吊箱結(jié)構(gòu)力學(xué)特性及環(huán)境荷載極限狀態(tài)分析[D];湖北工業(yè)大學(xué);2012年

4 羅超;滑波涌浪數(shù)值模擬及其與結(jié)構(gòu)物的相互作用[D];武漢理工大學(xué);2012年

5 周小亮;深水承臺(tái)雙壁鋼套箱圍堰結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性數(shù)值分析[D];湖北工業(yè)大學(xué);2012年

6 吳曉宇;荷載激勵(lì)下PC橋梁預(yù)應(yīng)力損失動(dòng)力響應(yīng)分析[D];重慶交通大學(xué);2013年

本文編號：1933603