随着我国交通运输行业的飞速发展,跨海大桥数量的快速增多,位于水中的下部结构成为了需要着重关注的对象。由于海洋环境的复杂多变,跨海桥梁在行使交通功能的同时还承受着波浪、水流等各种载荷的作用。长期以往,下部结构将发生疲劳损伤甚至损坏。因此,深入开展跨海桥梁下部结构受力特性研究,具有一定的理论价值和工程意义。本文通过理论分析与数值仿真相结合的方法,基于相关理论建立了三维数值水流模型、三维数值波浪模型和三维数值波流模型,详细分析了不同形式的桥墩和群桩-承台结构受均匀水流、波浪载荷及波流联合作用下的受力特性,并对其影响因素进行了规律总结,主要的研究内容有:首先,以线性波为入射波,基于势流理论和Shear Stress Transport k-?(SSTKW)湍流模型,建立三维数值波浪水槽,通过接入用户子程序并采用VOF方法和有限体积法以期准确反映真实情况。通过对比理论和数值结果的波面高度,确定了模型相关参数。通过经典的圆柱绕流现象验证了所建立模型的有效性和准确性。在此基础上,分析了考虑与不考虑双向流固耦合时,结构尺寸和水深不同情况下,最大水平波浪力和最大位移的变化规律。其次,计算了小尺度墩柱水流力和波浪力的仿真结果,并与Morison方程计算结果进行对比分析,确定了波浪水槽的正确性。总结了不同截面形式墩柱波浪力随流速、波高、波长等参数变化的规律。并对规范中无参考数据的圆端形桥墩和哑铃形桥墩进行了详尽的分析,给出了圆端形桥墩C_D值的取值区间和哑铃形桥墩的响应规律。此外,基于上述方法分析了桩间距为l/D<4的排桩的水流作用和波浪作用,通过结论可知在数值仿真中可较好的体现干扰效应和遮蔽效应。再次,根据MacCamy绕射理论分析了大尺度圆形桥墩和大尺度方形桥墩的波浪力,提出了采用数值仿真来确定波浪绕射系数以获得修正的Morison方程的方法,并获得了大尺度结构的C_M值,给出了方形桥墩数值解和理论解最接近时结构尺寸与波长的最佳比值。同时,对基于双向流固耦合的圆形墩柱在波流联合作用下的流场进行了分析,推导了波流耦合时的结构动力学方程,分析了波流特性,讨论了水流速度、截面尺寸、截面形状和波流夹角对波流力的影响。最后,建立了群桩-承台结构在水流和波浪作用下的数值模型,分别讨论了水流速度和波高对结构受力的影响。研究了承台淹没深度、波流入射角度、承台截面形状、群桩数量等对群桩-承台结构受力的影响,并结合理论和数值仿真分析了群桩排列方式不同时结构受力的不同。同时依照工程实例对比了仿真解和试验解的差异,并基于以上分析提出了对桥梁下部结构设计的几点建议。总体来说,以上研究揭示了跨海桥梁墩柱在波浪和水流作用下的结构响应,探究了群桩和承台变化时桥梁下部结构波流联合作用时的变化规律,为今后开展多场耦合的研究和对实际工程的优化设计提供了一定的理论依据和指导。