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波浪对坡桥的冲击作用机理与数值模拟研究
| 论文题名： | 波浪对坡桥的冲击作用机理与数值模拟研究 |
| 关键词： | 坡桥;波浪荷载;数值模拟;冲击作用 |
| 摘要： | 2005年，飓风卡特里娜（Katrina）对墨西哥湾的沿岸跨海桥梁造成了严重破坏，其中比洛克西湾上的桥梁受损极为严重。尽管在此之前，有许多试验或数值研究已经揭示了桥梁在极端自然灾害作用下的破坏机理，但关于沿桥梁纵向具有倾斜桥面板的桥梁，破坏的研究相对较少。在风暴潮等恶劣海况发生时，海面上必然会产生汹涌的波涛，这就使得跨海桥梁的坡桥段受到波浪更为强烈的冲击作用。当由于考虑造价、景观效果等原因，桥梁主梁高程会修建的较低，当发生极端情况时，产生的海浪会对坡桥桥面板产生较为严重的损坏，甚至破坏桥梁。 通过结合三维数值波浪水槽，通过相关波浪要素的设置，利用VOF方法求解水气分界面和PISO算法运算求解流场，以CFD软件FLUENT为平台，运用上述相关条件设置好的三维数值波浪水槽，将计算得到波浪力同天津港湾工程研究所的试验数据对比，验证了三维数值波浪水槽及相关设置的可行性。然后以比洛克西湾大桥为研究原型，探究了跨海大桥坡桥段桥面板（倾角为0°~3°）在波浪冲击作用下的波浪荷载大小。桥面高程确定，采用五种不同的水面高程，不同的桥面板倾角，对特定条件下的波浪力荷载进行分析，其中包括水平作用力、垂直作用力和扭矩作用。研究表明，在相同的波浪要素下，在桥面高程不变的情况下，波浪的波峰抨击到主梁上时，对坡桥的作用力较大；当波峰超过桥面高程时，随着水面高程的增加，波浪力逐渐减小；当水面没过桥面时，波浪力又开始增大，但是增幅较小。通过研究还发现，对坡桥桥面板影响最大的力为升力，在近海浅水或者中等水深作用下的线性波浪，随着桥面板倾角的改变，导致波浪与坡桥桥面板的作用面积改变，波浪波形与坡桥桥面板的夹角改变，使得升力也发生了变化，坡桥倾角从0°到3°，升力先上升后下降。在1°、2°左右达到最大值。通过对坡桥桥面板研究得出的结论，可以作为以后倾斜桥面板设计的参考依据，为最大限度的降低海浪作用对跨海桥梁坡桥段带来的危害提供一定的指导作用。 最后，对坡桥在不同水面高程、不同倾斜角度下桥面板的受力分析做出了总结，并针对自己目前研究的不足，对以后坡桥需要深入研究的内容作了简要概括。 |
| 作者： | 张立明 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 张宪堂;赵丰霞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东科技大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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