地震力、波浪力联合作用下跨海大桥深水基础动力响应分析

摘要

随着我国大量的跨越大江大河桥梁的兴建，大型跨海大桥工程已开始启动，如港珠澳跨海工程、琼州海峡跨海工程等。海洋上的桥梁除面临着水深流急，工程地质条件复杂等考验外，往往面临严峻的海洋环境，如台风、巨浪、强震、船撞等。大桥深水基础设计困难，施工难度大，养护费用高。桥梁深水基础是结构的承载部分，对桥梁整体的作用至关重要。开展复杂荷载作用下，跨海大桥深水基础的动力响应研究意义重大。本文以跨海大桥深水基础为研究对象，首先归纳总结了深水基础形式及其特点，针对深水基础在复杂动力荷载作用下的动力响应问题，开展了地震力及波浪力的模拟分析，采用有限元动力分析方法，对地震力、波浪力及其联合作用下的基础动响应进行了分析比较。
　　桥梁深水基础类型多样，各具特点，且适用于不同海域。深水基础的选型需考虑自然环境、荷载因素和建设条件等因素。随着建造水深的增加，深水基础面临一系列工程问题，包括恶劣环境、灾害荷载和施工难度各个方面，涵盖了勘探、设计、建造和维护各个环节。考虑深水基础所面临的复杂海洋环境及地质环境，基础设计时需重点考虑强震及巨浪的作用以及联合作用。针对琼州湾海峡的地质及历史地震特点，开展了地震波合成，得到了两种水准的人工合成地震波。采用数值模拟方法，建立三维数值水槽，获得了结构物壁面波压力。采用Newmark动力时程分析方法，对地震力、波浪力，以及两力联合作用下，典型沉井基础的动力响应进行探讨。结果表明，深厚软土约束作用有限，荷载联合作用对结构响应的放大作用显著，结构受剪切效应显著。
　　针对拟建琼州海峡大桥工程，采用沉井+钻孔灌注桩基础方案，考虑地震力、波浪力作用，开展深水基础静、动力响应研究。结果表明，将地震作用简化为静力等效荷载偏于安全。同时，在巨大水平荷载作用下，结构剪切、挤压效应显著，并伴随一定程度的扭转效应。群桩基础为结构薄弱位置，结构设计中应增加刚性承台等措施，确保结构各部位惯性力平稳过渡。
　　本学位论文及相关研究得到了交通运输重大科技专项《多灾害作用下特大跨径桥梁适宜结构体系、关键结构与原型设计研究》资助，项目批准号：2011318494160，以及国家自然科学基金面上基金项目《复杂岩土工程介质中全波场传播特性及相关无损检测方法研究》的资助，项目批准号：11372180。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2桥梁深水基础发展概况

1.3深水基础动力响应研究现状

1.4本文主要研究内容

第二章 桥梁深水基础与工程问题分析

2.1概述

2.2深水基础类型与基础选型

2.3深水基础工程问题分析

2.4本章小结

第三章 有限元动力计算方法及动力荷载的模拟合成

3.1有限元动力分析方法

3.2强震记录及地震荷载人工合成

3.3波浪力的解析法

3.4波浪力的数值模拟

3.5本章小结

第四章 地震、波浪力联合作用下深水基础动力响应分析

4.1计算模型

4.2地震力作用下结构动力响应

4.3波浪力作用下结构动力响应

4.4地震、波浪力联合作用下响应分析

4.5本章小结

第五章 琼州海峡大桥深水基础动力响应分析

5.1工程背景

5.2有限元模型

5.3静力组合作用下结构响应分析

5.4地震作用下结构动力响应

5.5波浪力作用下响应分析

5.6本章小结

第六章 结论和展望

6.1主要结论

6.2建议及展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文