破碎孤立波作用下滨海小箱梁桥上部结构海啸荷载分析

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自二十世纪以来,全世界地震带附近发生了多次大规模海啸,对人们生产生活与滨海基础设施造成了不同程度的影响。随着“十四五”我国滨海桥梁建设稳步推进的巨大战略需求和“一带一路”的建设需要,国内滨海桥梁与海外援建桥梁所处海洋环境恶劣,发生海啸后将会对桥梁造成严重毁坏,影响人们生产生活。而国内外对桥梁海啸力的研究还不够完善,关于海啸涌波力的计算条文与规范也相对较少。因此系统开展对桥梁上部结构在海啸作用下的受力特征和机理的研究,具有重要的理论意义和现实意义。本文的主要内容如下:(1)利用ANSYS Fluent软件,基于Goring算法和动网格技术建立了能够模拟破碎涌波的三维数值模拟水槽。验证了三维数值水槽的数值造波准确性与孤立波作用力计算准确性。证明该数值水槽能够比较准确地模拟孤立波在岸坡上的变形与破碎。(2)以我国滨海实际工程中较常使用的小箱梁为研究对象,研究破碎涌波对小箱梁的海啸作用力。分析了小箱梁所受破碎涌波荷载的水平力与竖向力时程曲线的特征。通过对小箱梁各面板的划分,研究了重要特征时刻的受力特征与机理。结果表明小箱梁上的水平力主要由迎水面提供,正竖向力主要受腔室压力和迎水面影响,竖向力负值主要由顶板上水体自重提供。(3)对不同孤立波波高、梁体净空、初始水深以及距离坡顶位置的小箱梁模型进行三维数值计算。结合流场特征与海啸力机理的分析,研究了孤立波波高、梁体净空、初始水深以及距离坡顶位置对滨海小箱梁海啸水平力峰值与竖向力峰值的影响。结果表明海啸力随波高的增加而增大,波高是影响海啸力的最重要因素之一;随着净空的增加,海啸力降低;初始水深较大时海啸力越大;且距离坡顶不同位置流场有所不同,海啸力特征会出现变化。(4)通过在西南交通大学深水大跨桥梁实验室开展1/40缩尺模型试验,分析了破碎孤立波对小箱梁的水平力与竖向力的时程特征,并研究了水平力峰值、竖向力正向峰值与负向峰值随波高、净空、初始水深的变化规律。结果表明水平力时程为持续性的正向冲击,竖向力时程呈现先正后负的趋势。海啸力随波高的增加而增大,随净空的增大而减小。淹没状态对水平力影响较小,当梁底位于静水面时,竖向力峰值最大。
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