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墩柱结构波浪力计算分析研究

王晨  
【摘要】:海洋工程结构物大多建设在无遮蔽的海域,墩柱结构就是海洋工程中经常用的一种结构形式,其水下结构大多由数排墩柱组成,经常受到较大波浪力的作用,因此确定波浪力对于海洋结构物的作用便成为了一个较受关注的问题。研究海洋工程的墩柱结构在波浪荷载作用下的效应机理,对提高桥梁安全性和耐久性,控制灾害性破坏的发生,具有较高的学术意义和实用价值。 现行波浪荷载计算所采用的波浪理论主要有线性波理论、非线性波理论和随机波浪理论三种,这三种波浪理论均有其适用性及缺点。经对比分析后认为,除拖曳力控制的细长构件外,作用于墩柱上的波浪力均可采用线性理论来计算。按Morison方程计算的D/L0.2小直径桩柱就是采用了微幅假设的线性波理论,而相对尺度大于0.2的大尺度结构物的波浪载荷则要采用绕射理论来计算。 以福建某大桥为实例,采用数值模拟的方法,计算了作用于墩柱上最大波浪力以及各点所受的波浪力,并与经验公式和试验结果进行了对比分析。由对比曲线可以看出,虽然数值模拟值远小于试验值,但其曲线与试验值的曲线相似,说明数值模拟能够较好的反应实际海洋情况,但是应将计算结果乘以一定的系数。经验公式值与数值模拟的结果吻合较好,说明Morison方程仍然是计算波浪力的基础。所以,在进行桥梁的墩柱设计前,应将数值模拟计算值与试验值、经验公式计算值进行比较分析,这样才能得出最可靠的设计值。 最后,对全文作了总结并提出了进一步的研究方向。


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