深水桥墩在波浪效应下动力响应研究综述.pdf

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1、低温建筑技术2015年第11期(总第209期)DOI：10．13905／j．cnki．dwjz．2015．11．033深水桥墩在波浪效应下动力响应研究综述郭红涛，王向(河南省交通规划勘察设计院有限责任公司。郑州450052)【摘要】准确地计算出波浪对桥墩的作用力是大跨深水桥梁动力响应分析的关键。本文从流体力学和随机过程两个领域分别对波浪理论研究进展做了概述，并给出了这些波浪理论的适用范围；探讨了波浪对结构的几种作用效应及各自的适用范围；对墩柱与波浪相互作用下的波浪力的计算方法、数值模拟及实验研究进行了总结；讨论了影响波浪与桥墩相互作用的

2、主要因素，并对今后的研究提出了建议。【关键词】深水桥墩；波浪荷载；动力响应【中图分类号】TU312．1【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2015)11—0096—03O引言小采用不同的计算方法，对于小直径柱体采用Morison随着交通运输业的发展，各地区经济互动频繁，方程计算波浪力，对于大直径柱体则采用绕射波浪理桥梁的建设正从跨越江河和近海向跨越海峡发展。论计算波浪力。复杂的深水环境给桥梁的设计和施工带来了一系列1．1．1Morison方程的难题，而波浪作为桥梁基础设计的主要荷载之一，1950年Morison等人提出了一个

3、半经验半理论的准确地分析出波浪效应下桥梁的动力响应对其安全方法来计算小尺寸结构物(D／L≤0．15)所受的波浪性、经济性具有重要的意义。力。该方法假定波浪场将不受柱体存在的影响而传波浪对桥墩的作用机理可以归结为绕射波浪问播，柱体所受的波浪力等于未受扰动的加速度场和速题。所谓绕射波浪就是指从远处传来的入射波遇到度场沿水运动方向分别作用在结构的惯性力和阻力桥墩的阻挡后其运动形式发生改变，波浪做散射运之和。利用此方法计算波浪力的关键在于选择合适动，入射波与散射波叠加形成新的波浪场。随着桥墩的波浪理论计算出水质点的速度和加速度分布情况入水深度的

4、增加，其柔度也逐渐增加，固有频率越来以及合理确定惯性力系数(C)和速度力系数(C。)。越低。当这些低频成分与波浪的频带宽接近时，将引Bu~ows等(1997)探讨了随机波浪作用下Morison方起共振从而导致结构发生破坏或产生过大的变形。程的适用范围，分析得出了惯性力系数及速度力系数另外，在极端海况下，波浪产生的冲击作用也会威胁和早期研究相符合的结论；Treeo等(2007)分析了线到结构的安全，甚至引起整个桥梁结构失稳或局部破性和非线性Morison方程在分析近海结构物上的差坏，发生动力灾变。因此，作为生命线工程的大跨度异，并对线性化

5、Morison方程做了修正；项贻强等深水桥梁，波浪效应下的安全性必须得到保障。(2011)基于Morison方程，采用分层积分的方法来计波浪荷载在海洋工程中已得到了广泛的关注和算悬浮隧道水平波浪力和竖直波浪力，并与传统方法深入的研究。但由于很难精确确定流体在结构附近进行了比较差别不大。的流动分离和漩涡释放等复杂的流动现象，波浪效应1．1．2绕射波浪理论仍是近海力学的一个基本研究课题。波浪作用下对对于相对尺寸较大的墩柱波浪力的计算，目前主近海桥梁动力响应已有一定的的研究，但是对这方面要采用以下两种方法分析：绕射理论和绕射系数法，成果分析总

6、结的文章还比较少。本文主要从两个角见表1。度对波浪的荷载的研究现状做了总结，阐述了波浪对Dorfmann(1994)基于线性绕射波浪理论，采用积墩柱的作用效应，探讨了波浪与桥墩相互作用的有关分变化方法，分析了水中圆板波浪力问题；Yilmaz和问题，并对今后研究方向给出了一些建议。Incecik(1998)对柱体的绕射问题进行了深入的研究，1波浪作用下桥墩动力响应研究分别给出双排柱和柱群(四根柱)的解析解；Siddom等波浪荷载作用下柱体的动力响应前沿问题主要(2008)基于绕射波浪理论(考虑单根柱体的辐射效有以下三个方面：波浪力的计算、

7、数值模拟及模型应)，计算出了浮动柱群(四根柱)所受波浪力的解析试验。解；Chatjigeorgiou等(2010)基于绕射波浪理论，计算了1．1波浪力的计算随机波浪作用下多个椭圆柱体的波浪力，并提出了一在波浪力的计算中常按照结构物相对尺寸的大个半解析方法；滕斌等(2001)研究了具有透空外壁的郭红涛等：深水桥墩在波浪效应下动力响应研究综述双筒垂直圆柱体的绕射波浪问题，利用透空壁内流体的标准，同时通过对实验数据的分析可以对理论做相速度与两壁问压力差成正比的线性关系模型，建立了应的修正。目前，实验研究的重点在如何确定波浪对双筒圆柱对波浪绕射

8、效应的解析解。姜胜超等墩柱结构的作用力。(2010)利用对速度势的分离变量及匹配特征函数展表2波浪数学模型的几种求解方法之比较开法，得出了波浪对淹没垂直圆柱绕射问题的解析解，通过与边界元方法的对比验证了此方