[发明专利]一种计算跨海桥梁箱型上部结构所受波流力的方法

说明书

本发明公开了一种计算跨海桥梁箱型上部结构所受波流力的方法，该方法基于流速，波浪特性，浸没系数和箱梁几何形状会对箱梁上部结构所受波流力的影响的数值分析结果，并结合最小二乘算法和回归分析将浸没系数，无量纲桥面厚度，无量纲桥面长度和流速的影响转化为由函数和拟合系数组成的量化值，通过箱梁自身重力与量化值的乘积的形式可以简便估算出箱梁上部结构所受的横向及竖向波浪力。应用本发明所建立的计算跨海桥梁箱型上部结构所受波流力的估算方法，可以简便而准确的计算出不同流速，波浪特性，浸没系数和箱梁几何形状下跨海桥梁箱型上部结构所受的最大波流力，突破了以往方法无法估算波浪和流共同作用下箱梁结构所受的波流力的难题。

技术领域

本发明涉及跨海桥梁受力计算技术领域，特别涉及一种计算跨海桥梁箱型上部结构所受波流力的方法。

背景技术

近几年，诸如美国的卡特里娜飓风(2005)、伊万飓风(2004)和中国东部的台风桑迈(2006)等自然灾害对基础设施和沿海结构造成了严重破坏。这些极端灾害对海岸附近浅水环境中的沿海桥梁造成巨大破坏。沿海桥梁仅设计用于抵抗水面经常远低于梁高度的平常波浪力，但是这些极端灾害通常导致水位大幅上升，从而使巨浪直接作用在通常以自重放置在码头或通过弱连接相连的梁上。在这种极端情况下，沿海桥梁上的波浪力可能会超过桥梁的承载能力并导致桥梁的冲毁和坍塌。因此，确定一种精确预测极端条件下作用在沿海桥梁上的波浪力的方法是一项重大的课题。大多数以前的研究仅考虑了波浪的影响，而在自然海洋环境中，波浪和洋流通常同时发生，但直到近年来才开始对波流相互作用的机理进行了研究。目前，关于箱梁桥上的波浪力的研究非常有限，尚无精确的公式来预测极端波浪力。此外，波流相互作用与单独的波之间存在显着差异。因此，在箱梁波流力研究中的波流相互作用模拟可以为沿海桥梁的设计和施工提供指导。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种计算跨海桥梁所受海啸荷载的方法，解决了现有技术中存在的缺陷。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种计算跨海桥梁箱型上部结构所受波流力的方法，具体方法如下：

横向和竖向最大波流力的计算公式写成：

F_H＝G(a_HH^*2+b_HH^*+c_H)λ_CHλ_WHλ_LHλ_UH (1)

F_V＝G(a_VH^*2+b_VH^*+c_V)λ_CVλ_WVλ_LVλ_UV (2)

其中H^*是无量纲波高，H^*＝H/L，H是波高，L是在没有流的影响下根据斯托克斯五阶理论计算出的波长，G是箱型梁的重力；最大波流力是由波浪力乘以影响系数得出的；在方程中，λ_CH和λ_CV分别指箱型梁淹没情况对水平和垂直方向最大波流力的影响系数，λ_WH和λ_WV分别指无量纲桥面厚度对水平和垂直方向最大波流力的影响系数，λ_LH和λ_LV是无量纲桥面长度对水平和垂直方向最大波流力的影响系数，λ_UH和λ_UV是分别指当前流速对水平和垂直方向最大波流力的影响系数；