跨海近岸桥梁极端波浪作用研究

摘要

经济社会的快速发展离不开基础设施的日益完善,跨越海峡和连接海岛所修建的跨海近岸桥梁,已经成为沿海快速交通网不可缺少的一部分。近十几年以来,在全球各地均发生多次大规模海啸、飓风和台风,特别是飓风Ivan和Katrina在美国近海造成了大量的跨海桥梁破坏。跨海桥梁在飓风中要受到波浪作用、水流作用和风作用,处于一个复杂的受力状态。针对极端气候条件下所产生的巨型波浪,研究跨海桥梁在极端波浪作用下的荷载作用和结构损伤,保障跨海桥梁在巨型波浪作用下的安全,已经日益成为跨海桥梁设计、建设和维护的重要内容。
　　本文通过实验模拟在极端波浪作用下桥梁受力情况,观测桥梁模型受到的波浪作用力,研究波浪作用随波高,周期,桥底净空变化关系。主要内容包括:
　　(1)根据波浪理论研究了水深变浅对波浪特性的影响,跨海桥梁大多处于浅水海域,所以在试验中波浪的模拟应该符合浅水波的条件。利用浅水波浪理论,确定了试验工况的波浪特性。实验结果表明,实验室波浪模拟能够满足要求。
　　(2)飓风灾害中受损的大多是跨海桥梁引桥,选择国家交通部推荐的20mT型桥梁作为原型进行实验模型设计,根据Froude准则确定相似比为1:10,依此进行了实验模型的设计制作以及工况的确定。
　　(3)按照实验设计进行了水槽实验,研究了相对于波浪周期和波高桥受到的波浪作用力的变化趋势,并将实验结果与已有桥梁波浪作用计算方法进行对比分析,分析了实验结果与已有计算模型存在一定差别原因,得出了桥梁波浪作用力变化相对于波浪周期和波高的变化规律。

目录

跨海近岸桥梁极端波浪作用研究

STUDY ON EXTREME WAVE LOADS OF COASTAL HIGHWAY BRIDGES

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的意义

1.2 结构波浪作用研究现状

1.2.1 常规波浪作用

1.2.2 飓风波浪作用

1.2.3 其他相关研究

1.3 本文主要研究内容

第2章 波浪作用的相关理论研究

2.1 前言

2.2 波浪特性描述

2.2.1 海浪的产生

2.2.2 海浪要素

2.3 中国近海波浪特性

2.4 深水波浪理论

2.4.1 微幅波理论

2.4.2 有限振幅波动理论

2.4.3 波浪随机过程

2.5 浅水波浪理论

2.5.1浅水波浪特性变化

2.5.2 近岸波浪传播

2.5.3 波浪破碎

2.5.4 反射和绕射

2.6 海啸与风暴潮

2.6.1 海啸

2.6.2 风暴潮

2.7 本章小结

第3章 桥梁飓风波浪作用的试验设计

3.1 前言

3.2 原型结构

3.3 试验模型设计

3.3.1相似比设计

3.3.2桥梁模型制作

3.3.3 测试系统

3.3.4试验系统

3.4 试验工况设计

3.5 实验室造波性能评估

3.5.1 水槽造波性能评估

3.5.2 浪高采集信息稳定性研究

3.6 本章小结

第4章 飓风波浪对跨海近岸桥梁作用力

4.1 引言

4.2 实验结果分析

4.2.1 波浪与波浪作用力时程

4.2.1 入射波高对波浪作用的影响

4.3理论模型比较

4.3.1 Douglass模型

4.3.2 AASHTO模型

4.4 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢