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跨海大桥工程规模大,技术含量高,工程建造风险巨大,日益引起人们的高度重视。桥梁结构处于复杂的海洋环境条件下,桥墩及基础除承受上部结构传来的自重、车辆、温度等荷载外,还要承受巨大的波浪和地震荷载作用,如何界定波浪和地震对桥梁结构的作用效应,是跨海大桥设计的关键技术之一。目前,设计中对波浪荷载的计算都是借鉴水工领域的成果,采用基于Morrison方程的半经验公式法,忽视了结构本身的动力特性,而且公式相关参数的取值依赖于工程经验,必然会导致计算结果的偏差。对于跨海大桥的抗震分析,一般仅进行单独的地震荷载验算,没有考虑波浪荷载的作用,荷载工况与实际的作用环境不一致,导致计算结果偏不安全。 本文以湛江东海岛跨海大桥为依托,采用有限元时程分析法计算下部结构的波浪力,提出了基于动态时程的波浪和地震荷载作用作用下的桥梁结构分析方法,通过仿真分析,得到了波浪和地震作用下的结构荷载效应,为东海岛大桥结构的选型及下部结构尺寸配筋提供了合理的理论依据,对保证跨海大桥满足波浪和地震作用下的安全性具有重要理论意义和实用价值,本文主要创新点如下: 1)本文提出了基于Morrison方程的波浪力时程计算方法,编制APDL程序计算每个节点的波浪力时程,通过有限元时程分析对东海岛大桥下部结构的波浪力进行了计算,合理确定了波浪力的大小,为下部结构设计波浪力合理取值提供理论依据。时程分析法的计算结果表明,单桩波浪力的水平作用效应值达到了200kN左右,量级影响桥梁下部结构的安全性,设计中必须予以重视。 2)本文提出了基于动态时程的波浪和地震荷载作用下桥梁结构分析方法,利用波浪力时程和根据东海岛大桥桥位环境选取的地震加速度时程,按照《抗震细则》的要求,在结构模型上同时输入两个加速度时程进行时程分析,得到了基于波浪和地震作用下的结构荷载效应,E1设防水平下单桩水平作用效应值达到了约360kN,E2设防水平下单桩水平作用效应值达到约1290kN,需加强结构的配筋,以确保下部结构的安全性。 3)根据波浪和地震作用下的荷载效应分析,通过充分的结构形式比选,拟定了东海岛大桥的上、下部结构形式,提出了东海岛大桥小间距矩形柱配大悬臂预应力盖梁的下部结构形式。通过荷载作用效应检算,大大优化了结构的抗震性能,降低了下部结构的波浪力荷载,通过合理设置墩柱上下连接部位的塑性铰,优化结构的构造和配筋,结果证明,拟定的桥梁结构形式既兼顾了受力,又取得了可观的经济效应。