跨海大桥圆端形施工钢围堰的波浪力特性研究

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随着我国交通事业及海洋工程的快速发展,越来越多的跨海大桥得到兴建。相对于陆地上的桥梁,跨海大桥在施工过程中,桥梁基础的施工尤其重要。对于跨海大桥基础一般采用套箱钢围堰和吊箱钢围堰进行施工,在施工过程中波浪力对围堰的影响非常大。目前,钢围堰一般采用圆形,圆端形和哑铃形三种形状,在《海港水文规范》已经给出了大尺度圆形柱体在海洋中所受波浪力的计算公式,而对圆端形柱体所受到的波浪力没有任何说明,因此研究施工过程中经常使用的圆端形钢围堰所受到的波浪力,得到适合实际工程的计算公式是非常有意义的。本文以圆端形套箱钢围堰(以下简称钢围堰)为主要研究对象,主要研究内容包括以下几方面:1、收集并整理相应的实际工程资料,包括:平潭海峡的海洋环境资料、海洋地质资料以及施工钢围堰的尺寸信息,对钢围堰结构形式与受荷情况有了深入的了解;2、简要的介绍了数值造波的方法及运用Volume of Fluid法实现水气自由液面的设置。应用ANSYS-Workbench中的CFX模块建立了不同直径的圆形钢围堰模型,得到了其在波浪荷载作用下的受力情况,然后将计算结果与理论值及规范值进行对比,表明用CFX计算大尺度结构物在波浪荷载作用下的受力情况是正确的;3、建立了矩形钢围堰的模型,计算其在波浪荷载作用下受力情况,并与两种不同的规范值进行对比,对其中一个规范公式进行修正,得到本文适用的矩形钢围堰波浪力的计算公式;4、建立了圆端形钢围堰在波浪力作用下的有限元模型,并对其在波浪荷载作用下的受力进行分析。将圆形钢围堰、矩形钢围堰规范计算结果与圆端形钢围堰有限元计算结果进行对比,采用最小二乘法进行拟合,得到F圆端型=mF圆形+nF矩形的这种形式,并进行了正确性判断,进而得到了适合工程使用的圆端形钢围堰波浪力的算法,并以平潭海峡公铁两用大桥的施工钢围堰为实际工程对该公式进行了检验。
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