【摘 要】
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随着桥梁技术的快速发展,跨海桥梁正逐渐由近海向深海转移。海洋波浪对深水区跨海桥梁的影响不容忽视,因此研究海洋波浪对深水区跨海桥梁的作用十分必要。本文以秦皇岛至大连长兴岛跨海通道方案中的五跨连续梁桥为原型,按几何比尺1:40建立其群桩基础的水动力模型,同时以波浪能量为指标设计4种不规则波,通过考虑不同水位和不同入射波方向角开展模型试验,得到随机波浪作用下群桩基础所受波浪力,同时利用MIDAS有限元软
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随着桥梁技术的快速发展,跨海桥梁正逐渐由近海向深海转移。海洋波浪对深水区跨海桥梁的影响不容忽视,因此研究海洋波浪对深水区跨海桥梁的作用十分必要。本文以秦皇岛至大连长兴岛跨海通道方案中的五跨连续梁桥为原型,按几何比尺1:40建立其群桩基础的水动力模型,同时以波浪能量为指标设计4种不规则波,通过考虑不同水位和不同入射波方向角开展模型试验,得到随机波浪作用下群桩基础所受波浪力,同时利用MIDAS有限元软件对连续梁桥进行建模,并将推算后的实测波浪力输入桥梁数值模型,研究连续梁桥在波浪作用下的动力响应,在此基础上,提取桥梁结构应力时程数据,并进一步探讨波浪荷载作用下桥梁结构的疲劳损伤问题。本文的主要工作及结论如下:(1)通过开展物理模型试验,探讨了不同水深、入射波方向与随机波能量对群桩基础波浪力的影响。结果表明:波浪能量越大,桩基所受波浪力就越大;随着水位升高,桩基波浪力也呈现出增大的趋势;当承台参与桩基受力时,不同波浪入射角度对桩基波浪力影响明显,且入射波与绕射波产生的高阶速度势所导致的桩基波浪力不容忽视。(2)通过有限元分析并将桥梁墩顶、底的位移和加速度进行对比,发现波浪能量越大,桥梁墩顶、底的振动就越剧烈;桥梁振动由波浪作用和桥梁自振两部分组成;对于位移响应,波浪作用诱发的桥梁振动占主导;而对于加速度响应,桥梁的自振特性占主导;桥梁的低阶模态对于加速度的影响要大于高阶模态。(3)通过改变墩高、水深和地基类型等参数来研究不同因素对桥梁动力响应的影响,通过计算发现,较大的波浪入射角、一致激励、高墩、深水、软弱地基等条件会增大桥梁的动力响应,故在研究波浪对跨海桥梁的作用以及设计跨海桥梁时,应将这些因素考虑在内,从而准确地预测桥梁在波浪荷载作用下的振动响应。(4)利用MATLAB软件对雨流计数法和累积疲劳损伤的计算进行编程,并计算出不同的应力时程对桥梁结构造成的疲劳损伤值。结果表明:波浪作用导致的跨海桥梁疲劳损伤问题是不可忽视的,且随着波浪能量的增加,桥梁结构的应力反应幅值的波动范围逐渐加大,造成结构的疲劳损伤也在逐渐增加;无论什么波浪工况、地基条件以及水深,钢管桩桩顶的疲劳损伤均要高于海床截面处钢管桩的疲劳损伤,因此应着重考虑钢管桩与承台相接位置的疲劳损伤问题;随着地基土强度的减小以及水深的增加,钢管桩桩顶截面与海床截面处的疲劳损伤情况均有所加强,这会降低桥梁结构的疲劳寿命,因此,为了更加准确的预测桥梁结构的疲劳损伤情况,应对地基土以及水深等情况进行充分考虑,进而合理地评估波浪作用下桥梁结构的疲劳损伤情况。
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