极端波浪作用下跨海箱形桥梁上部结构流固耦合特性研究

作     者：黄博 唐尧 杨志莹 祝兵 屈建强 HUANG Bo;TANG Yao;YANG Zhiying;ZHU Bing;QU Jianqiang

作者机构：重庆交通大学土木工程学院重庆400074 西南交通大学土木工程学院成都610031 重庆城投基础设施建设有限公司重庆400000 

基　　金：国家自然科学基金青年基金项目(52008065) 重庆市自然科学基金面上项目(cstc2021jcyj-msxmX1082) 

出 版 物：《振动与冲击》 (Journal of Vibration and Shock)

年 卷 期：2023年第42卷第17期

页      码：210-219页

摘      要：跨海桥梁面临着海洋环境中极端波浪的巨大威胁,波浪-结构的耦合作用特性是跨海箱形桥梁上部结构的极端波浪设计中需考虑的关键问题。采用OpenFOAM程序基于有限体积法离散不可压缩流体的Naiver-Stokes方程,并结合SST k-ω湍流模型模拟极端波浪的生成、传播及冲击作用,以弹簧-质量-阻尼系统模拟箱梁上部结构运动体系,并基于动网格方法构建极端波浪与箱梁上部结构相互作用的多相流耦合模型。通过与模型水槽试验结果和已有文献的仿真结果的对比验证该耦合模型的有效性,随后利用该耦合模型探究了波浪参数、结构特性及约束刚度等参数对箱形桥梁上部结构波浪荷载、动力特性及支座力的影响规律。结果表明:结构与流体的耦合效应导致箱形桥梁上部结构所受波浪荷载的波动增大和极值减小,其中水平波浪力最大降低28%,竖向波浪力最大降低22.5%,考虑流固耦合能更为合理地反映极端波浪作用下跨海箱形桥梁上部结构的实际波浪荷载;随着结构自振周期的增大,箱形桥梁上部结构所受的水平弹簧约束刚度下降,进而导致箱形桥梁上部结构的水平位移增大;在跨海桥梁上部结构的支座设计中不仅需要考虑上部结构所受波浪荷载,还应考虑结构运动及流固耦合效应对支座力的影响。

主 题 词：跨海桥梁 极端波浪 箱形桥梁上部结构 流固耦合 数值仿真 

学科分类：081406[081406] 0707[理学-海洋科学类] 08[工学] 0814[工学-地质类] 082301[082301] 0823[工学-农业工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.13465/j.cnki.jvs.2023.17.027

馆 藏 号：203123420...