不同角度入射波浪对倾斜桥梁的荷载作用数值模拟研究

摘要

近年来我国已修建了多座跨海大桥。在未来的经济发展下，有效地实现海岛与内陆的连通，跨海大桥的修建是最行之有效的办法。在复杂的海域环境中，跨海桥梁受到极大的挑战，像飓风、海啸这些极端的情况下，给人类造成巨大伤亡的同时，也毁坏了大量的桥梁结构，造成了大量的人财损失。因此，研究极端恶劣的情况下所产生波浪力对桥梁的荷载作用，具有一定的学术意义和实用价值。
　　论文以倾斜桥梁为研究对象，研究分析了不同水面高程和不同主梁的纵向倾角对桥梁所受波浪荷载的影响，利用Fluent软件建立了三维的波浪数值水槽，结合相关的波浪理论，研究了桥梁主梁横向和纵向两个方向均有倾角的桥梁在波浪下的荷载效应，分析了波浪不同入射角度、主梁倾角变化对桥梁的波浪荷载作用规律的影响。通过检测桥梁各个断面的三分力系数，对波浪荷载作用进行数值模拟分析，寻找出了最不利受力的桥梁断面，论文相关结论可以为以后的桥梁设计和工程施工提供指导性的参考。
　　研究表明：当桥面高程一定时，水面高程加波浪高度超过桥面高程时，水面高程越高，所受的升力系数越大；随着纵向倾斜角度的变化，阻力、升力和倾覆弯矩系数发生较大变化；横向的倾斜角度的变化对升力、阻力和倾覆弯矩系数的影响较小；阻力、升力和倾覆弯矩系数在主梁的纵向倾斜角度为-10°和-5°时，桥梁受入射角的影响显著；随着主梁的纵向倾斜角度的变化，倾覆弯矩都出现由正系数变为负系数，直接改变了桥梁的受力状态；当波浪完全漫过桥梁，最大的受力点出现在主梁的顶面。通过得到的相关结论，对以后的桥梁设计有一定的指导意义。

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摘 要

ABSTRACT

Contents

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 波浪作用的相关理论

2.1 波浪特征描述

2.2 波浪运动方程

2.3 线性波理论

2.4 本章小结

3 数值波浪水槽模型

3.1 Fluent软件简介

3.2 模型的控制方程

3.3 边界条件与初始条件

3.4 VOF算法的原理

3.5 湍流模型

3.6 数值波浪水槽的流场运算方法

3.7 三维数值波浪水槽的可行性验证

3.8 本章小结

4 波浪对倾斜桥梁的冲击数值模拟

4.1 倾斜桥梁的工程概况及模拟计算工况

4.2 数值模拟设置

4.3 数值模拟计算结果分析

4.4 桥梁最不利面受力数值模拟分析

4.5 结论与原因分析

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简介及攻读硕士期间主要成果