海上墩台受波浪力影响分析

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1、海上墩台受波浪力影响分析-->第一章绪论1.1课题意义及研究背景随着我国经济迅猛发展，国内交通日益繁忙，时间成本大幅提升，此时跨海大桥迎来了高速发展期，目前许多跨海大桥已经建成，如东海大桥、杭州湾跨海大桥、深圳湾跨海公路大桥、湛江海湾大桥、青岛海湾大桥、范和港大桥、苏通大桥等等，而全球瞩目的港珠澳大桥的建设工作正在如火如荼地进行，琼州海峡间的跨海大桥也正在处于讨论阶段，可以看出，跨海桥梁将迎来更加迅猛的发展。上海东海大桥工程连接上海国际航运中心的集装箱深水枢纽港与上海路域交通，桥址位于辽阔的杭州湾北部海域[1]，全长为31km，包括2.3km的陆上桥梁及26.9km的海上桥梁，设计行车速度为

2、80km/h，采用双向六车道，全桥共设置四处通航孔，桥梁所在海域较为平坦，河床距水面高度为8~12m，设计使用100年一遇的超越概率为1%的波浪作用进行校核，海域内东亚季风较多，按规范，其桥面10m高度的最大设计风速为42m/s，按照7度的地震烈度进行设计，主通航孔上的桥梁为跨度420m的双塔单索面钢混结合梁斜拉桥，桥面宽33m，塔高148m，海上非通航孔为60m及70m跨的预应力砼连续梁桥，每联长约350m，非通航段桥梁80%墩体在陆地上预制后，使用大型海上浮吊运至设计位置进行安装，20%高墩在海上现浇或者拼接，箱梁也是在预制场进行预制后运输至设计区域进行吊装，桥梁大部分位于海上，土质条件

3、较差，受海上风浪的影响，全年施工作业时间较少，这都给设计、施工方带来了很大的难题，为了桥梁的成功建设，各个课题组攻克难关，施工队伍严格按规范施工，如对桥梁海上抗风抗震[2][3]、海上混凝土腐蚀[4]等问题进行研究，通过各方努力，上海东海大桥于2005年建成通车，也标志着我国第一座真正意义超长跨海大桥正式诞生，下图1-1为上海东海大桥全景图。杭州湾跨海大桥以郑家埭作为起点，到宁波市慈溪水路湾，跨越了杭州湾海域，全长36km，其中海上桥梁长度为35.7km，主要工程包括北航道桥、南航道桥、北引桥及南引桥[5]，设计车速为100m/h，桥面规格为33m宽的双向六车道，设计洪水频率为300年一遇，

4、最高的设计通航水位为5.19m，地震基本烈度为6度，最大的船舶撞击力为30.0MN，该海域水深从东往西逐渐变浅，水深为10m~13.6m，桥梁受波浪力影响较大，E为夏季常浪向，年平均波高为0.2m，全年超过1.5m以上波高所占比例为6%，但在9711号台风经过时，实测到3.5m的最大波高，其周期为7.2s，桥址土质较差，软土较多，给工程设计、施工造成许多困难，大桥的北航道桥为主跨448m半漂浮体系的双塔双索面钢箱梁斜拉桥，南航道桥为318m跨的独塔双索面钢箱梁斜拉桥，水中引桥采用70m长的预制梁，其重量为2260t，下部结构为钻孔桩+承台+矩形墩体，此项目投资巨大，许多科研项目也为该桥作出了

5、贡献，如胡锋强等人研究了杭州湾大桥的抗风性能[6]，张宝胜等人研究了跨海大桥的混凝土结构的耐久性问题[7]，为同类工程提供了有益参考，下图1-2为杭州湾大桥完成图。......1.2国内外研究现状波浪力的研究方法主要包括解析法、数值模拟方法及模型实验法，国内外学者作出了较多关于这方面的研究。对于规则的圆形桥墩及承台，求解它们在规则波的作用下的反应，有一套较为成熟的理论解析方法，对于小尺度桩柱上的波浪力，典型的有莫里森于1950年提出的莫里森方程，此后在工程实践中，莫里森方程与实际较为符合，因此在海上平台、海上桥墩、海中桩基等结构受力计算方面有广泛的应用。Longuet-Higgins分析了波

6、浪周期的分布情况[9]，在分析过程中采用了波形包络线理论，得到随机周期与平均周期的比值的概率密度函数。此后，朗盖脱-赫金斯等人研究了波浪波高与周期的联合分布密度，并推导出相应公式。通过统计大量实测波高数据，国内外提出了大量波浪谱，比较适用的有P-M谱、B-M、JONSWAP谱、Wallops谱，我国的文圣常通过观测数据得出了普遍风浪谱，杨正已等人通过观测波浪，分析数据后也提出无因次谱形式。此后，计算机的出现使得大型数值计算得以实现，时程分析也得以发展，对于复杂的的大型结构体，还可以通过势源理论结合计算机进行求解，大大提高了工程计算的准确性。国内学者使用解析方法波浪作用进行了大量的研究，如中国

7、科学院广州能源研究所的冯波学者采用多级子展开法分析在线性规则波作用下，多个圆柱形浮体在两层流体中的散射问题，并且推导出了浮体散射势的解析表达式，最后用边界元方法验证的推导过程的正确性，其研究结果为，圆柱波浪力峰值大小受到流体密度、圆柱所处位置、淹没深度的影响[10]。上海交通大学尤云祥利用特征函数匹配理论，考虑两层流体中的垂直圆柱浮体的表面波模态波浪力及内波模态波浪力，推导出圆柱浮体的波浪力计算公式，并采用数