陳洋洋,譚 平,崔 杰,黎建峰,周福霖
(1.廣州大學(xué)減震控制與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(培育),廣東 廣州 510405;2.中山大學(xué)力學(xué)系,廣東 廣州 510275)
港珠澳大橋隔震梁橋海流渦激力特性的數(shù)值模擬
陳洋洋1,譚 平1,崔 杰1,黎建峰2,周福霖1
(1.廣州大學(xué)減震控制與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(培育),廣東 廣州 510405;2.中山大學(xué)力學(xué)系,廣東 廣州 510275)
采用隔震設(shè)計(jì)的近海長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu),有必要明確其下部結(jié)構(gòu)在可能的海流極端作用下的渦激力周期、幅值等特性參數(shù),以供整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析參考.文章對(duì)港珠澳大橋隔震連續(xù)梁橋深水區(qū)典型單墩及其基礎(chǔ)的三維繞流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,考察了低樁承臺(tái)方案在海床面位于承臺(tái)頂(設(shè)計(jì)工況)、海床面位于承臺(tái)底、海床沖刷演變至淤泥層全部消失的極端情形等3種典型工況下的繞流場(chǎng)特性,給出墩身受到的潛在渦激力的動(dòng)力參數(shù)以供設(shè)計(jì)參考.
近海橋梁;海流;渦激力;下部結(jié)構(gòu);隔震
港珠澳大橋重大工程跨越珠江口伶仃洋海域,全長(zhǎng)約50 km,跨海逾35 km,建成后將成為世界最長(zhǎng)跨海大橋,屬《國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》的重要交通建設(shè)項(xiàng)目.其海上主體工程采用橋隧組合方案,總長(zhǎng)約29.6 km,海底隧道長(zhǎng)約6 km,橋梁長(zhǎng)約22.9 km,橋梁工程包括3座通航孔橋及深/淺水區(qū)非通航孔橋5部分[1].抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)以重現(xiàn)期表征,工作狀態(tài)(E1)為120 a,極限狀態(tài)(E2)非通航孔橋?yàn)?00 a、通航孔橋?yàn)? 200 a,結(jié)構(gòu)完整性狀態(tài)(E3)為2 400 a.全橋基礎(chǔ)采用大直徑鋼管復(fù)合群樁,通航孔橋采用現(xiàn)澆承臺(tái),非通航孔橋采用預(yù)制承臺(tái),全橋橋墩采用預(yù)制墩身.非通航孔橋采用110 m(深水區(qū))和85 m(淺水區(qū))等跨徑等梁高鋼箱連續(xù)梁橋,總體采用隔震設(shè)計(jì)[2].對(duì)于深水區(qū)非通航孔橋,等寬段高墩區(qū)采用高阻尼橡膠支座,等寬段低墩區(qū)采用鉛芯橡膠支座及摩擦擺支座,變寬段采用摩擦擺支座.結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)壽命120 a,除地震等突發(fā)性作用以外,還必須考慮結(jié)構(gòu)常年受海流等多種環(huán)境作用的影響.
以往近海工程設(shè)計(jì)中對(duì)海流力進(jìn)行細(xì)致分析的工作多見于海上平臺(tái)、管道工程等,對(duì)于橋梁工程而言,往往采用等效法等進(jìn)行估算和靜力設(shè)計(jì).然而,當(dāng)深水區(qū)重大橋梁工程采用全橋隔震設(shè)計(jì)以后,有必要研究長(zhǎng)周期隔震結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震力、動(dòng)水壓力、波浪力和海流力等諸多工況下的動(dòng)力學(xué)反應(yīng).當(dāng)強(qiáng)震下隔震支座超過屈服點(diǎn)進(jìn)行隔震耗能工作時(shí),整體結(jié)構(gòu)等效周期被大大延長(zhǎng),此時(shí),以往經(jīng)驗(yàn)周期較長(zhǎng)的海流渦激力周期就可能更加靠近結(jié)構(gòu)共振區(qū),且目前海上隔震結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期受海流渦激力的影響研究也很不充分,為了定量分析這種不利影響,首先第一步必須明確海流渦激力對(duì)下部結(jié)構(gòu)影響的特性.近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程師已經(jīng)針對(duì)該問題做了一些基礎(chǔ)性工作.例如,CHOI等[3]采用不可壓無粘流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型對(duì)典型橋梁下部結(jié)構(gòu)的樁基進(jìn)行了三維繞流分析,發(fā)現(xiàn)繞流樁背流向在一定流速作用下可能產(chǎn)生卡門渦街并對(duì)樁本身形成周期渦激力.GOKHAN等[4]建立類似的數(shù)值流場(chǎng),對(duì)深海圓形截面樁在海床面附近的繞流特性進(jìn)行分析,數(shù)值驗(yàn)證了馬蹄渦流的產(chǎn)生及其對(duì)樁周海床面沉降的不利影響.HUANG等[5]則進(jìn)一步建立了描述更復(fù)雜流動(dòng)的數(shù)值流場(chǎng),獲得橋梁樁基礎(chǔ)在繞流渦激力產(chǎn)生到流場(chǎng)演變成湍流形態(tài)的復(fù)雜過程.YANG等[6]細(xì)致比較了不同基礎(chǔ)形式對(duì)繞流力特性的影響.鐘立星等[7]提出近海波動(dòng)與基礎(chǔ)繞流的統(tǒng)一算法,用淺水長(zhǎng)波方程計(jì)算二維流場(chǎng),進(jìn)而用N-S方程進(jìn)行三維流場(chǎng)分析.鄧紹云[8]對(duì)樁基繞流阻力特性研究進(jìn)行了回顧與展望.何國(guó)建等[9]建立數(shù)值模型對(duì)橋墩群對(duì)河道水流的影響進(jìn)行了分析.楊娟等[10]對(duì)海上不同結(jié)構(gòu)形式樁基對(duì)水流的影響進(jìn)行了比較分析.總體而言,國(guó)內(nèi)外對(duì)海流渦激力對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)影響的基礎(chǔ)研究還有待進(jìn)一步完善.
目前,專門針對(duì)港珠澳重大跨海工程海流特性的影響分析,國(guó)內(nèi)學(xué)者和工程師開展了一些工作,對(duì)項(xiàng)目可行性研究和工程設(shè)計(jì)提供了有力支持.例如,王晨陽等[11]建立了基于無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的港珠澳大橋所在海區(qū)平面二維潮流數(shù)學(xué)模型,并采用潮流數(shù)值模擬手段對(duì)該海區(qū)的潮流動(dòng)力進(jìn)行了模擬研究,分析了大橋工程周圍海域的潮流動(dòng)力影響.李文丹等[12]基于TK-2D軟件建立了港珠澳大橋工程海區(qū)大范圍二維潮流泥沙數(shù)學(xué)模型和大橋工程區(qū)附近的小范圍局部細(xì)化的二維潮流泥沙數(shù)學(xué)模型,分析了工程海區(qū)的潮流懸沙特征,為進(jìn)一步論證港珠澳大橋建設(shè)方案對(duì)工程海區(qū)的影響奠定了基礎(chǔ).李孟國(guó)等[13]根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果,對(duì)大橋工程實(shí)施后附近海區(qū)潮位、流速和潮量變化及水下地形沖淤變化進(jìn)行了分析.季榮耀等[14]則為了評(píng)估港珠澳大橋人工島建設(shè)對(duì)周邊海區(qū)水沙動(dòng)力環(huán)境的影響,建立了整體潮流泥沙物理模型.吳啟和等[15]對(duì)波流作用下的承臺(tái)與樁的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值分析,并結(jié)合原位試驗(yàn)與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),揭示了承臺(tái)與樁在波流作用下的動(dòng)力響應(yīng)特征,為港珠澳大橋主體工程設(shè)計(jì)和施工提供參考依據(jù).總體而言,專門針對(duì)港珠澳大橋隔震橋梁工程下部結(jié)構(gòu)海流渦激力的細(xì)致分析,目前還不多見.
本文選取港珠澳大橋深水區(qū)隔震連續(xù)梁橋的典型下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值分析,基于Fluent建立三維有限體積網(wǎng)格模型,考察了其采用的低樁承臺(tái)方案在海床面位于承臺(tái)頂(設(shè)計(jì)工況)、海床面位于承臺(tái)底、海床沖刷演變至淤泥層全部消失的極端情形等3種典型工況下的繞流場(chǎng)特性,給出不利工況下渦激周期力的動(dòng)力參數(shù)以供設(shè)計(jì)驗(yàn)算參考.
根據(jù)港珠澳大橋橋區(qū)1986~2001年的海文觀測(cè)資料,橋區(qū)海域?yàn)椴灰?guī)則半日潮,水位在一個(gè)潮周期內(nèi)變化相對(duì)較平緩.實(shí)測(cè)最高潮位3.52 m,最低潮位-1.32 m,最大潮差3.58 m,最小潮差0.02 m,平均海平面0.54 m;潮流呈現(xiàn)往復(fù)流運(yùn)動(dòng)形式,具有落潮流速大于漲潮流速,中部海域潮流流速比兩邊大的特點(diǎn).漲急時(shí)垂線平均流向基本為N向,落急時(shí)垂線平均流向基本為S向;實(shí)測(cè)最大流速2 m·s-1,垂線最大平均流速1.36 m·s-1.分析采用2 m·s-1作為來流流速,并分析45度、橫橋向和順橋向的不同來流角度下的情形,討論不同下部結(jié)構(gòu)工況.
選取九洲非通航隔震連續(xù)梁橋深水區(qū)典型下部結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象(見圖1),該橋采用埋置式高樁承臺(tái)形式,深水區(qū)分布包括198~214號(hào)墩,采用鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ),中風(fēng)化花崗巖層樁徑基本為1.8 m,厚度達(dá)20 m左右的黏土和淤泥層中樁徑基本為2 m,預(yù)制承臺(tái)總體尺寸為16.8 m×11.8 m×5 m(高),普遍采用鋼筋混凝土薄壁雙室預(yù)制墩,墩身截面總體尺寸約為11 m×4 m,其中203和210號(hào)墩墩頂高程達(dá)到36.652 m.
圖1 九洲非通航孔橋墩身及基礎(chǔ)一般構(gòu)造圖Fig.1 General construction fig.for pier and substructure of Jiuzhou unnavigable bridge
基于Fluent通用軟件平臺(tái)設(shè)置由預(yù)制單墩、預(yù)制承臺(tái)和鋼管復(fù)合樁組成的繞流幾何邊界,實(shí)現(xiàn)整體三維流場(chǎng)的CFD數(shù)值分析模型的建立,在感興趣的墩身及下部結(jié)構(gòu)處網(wǎng)格剖分基本尺度為0.5 m×0.5 m(見圖2),越遠(yuǎn)離墩身及其下部結(jié)構(gòu)的流場(chǎng)網(wǎng)格越粗略,以節(jié)省計(jì)算資源,總體有限體積數(shù)值分析網(wǎng)格數(shù)約為499 992個(gè)(見圖3).采用三維不可壓假設(shè),流體連續(xù)性方程和動(dòng)量方程分別由方程(1)和方程(2)所示.
其中xi為坐標(biāo)分量,ui為速度分量,ρ為海水密度,t為時(shí)間,p為靜壓,μ為黏度,Si為流體動(dòng)量源.利用Fluent基于有限體積數(shù)值算法開發(fā)的Segregated Solver求解器進(jìn)行求解,分別設(shè)置墩身和海床面為固壁模型,并設(shè)置來流入射面和流出面(見圖4).
圖2 局部網(wǎng)格細(xì)分Fig.2 Localized mesh refinement
圖3 整體流場(chǎng)設(shè)置Fig.3 Overall flow field mesh
圖4 流場(chǎng)邊界設(shè)置Fig.4 Boundary condition arrangement of the flow field
為了考察典型狀態(tài)下的渦激力特性,分別設(shè)置了45°、橫橋向和順橋向的來流入射角度,并針對(duì)典型下部結(jié)構(gòu)形式(圖5),具體分析如下工況:
工況1:海床面位于承臺(tái)頂(設(shè)計(jì)方案,高程-5.5 m處);
工況2:海床面沖刷演變至位于承臺(tái)底(高程-10.5 m處);
工況3:海床面沖刷演變至淤泥層全部消失(高程-20 m處)的極端情況.
圖5 下部結(jié)構(gòu)基本工況示意圖Fig.5 General view of substructure and foundation
在以上工況分析和模型建立基礎(chǔ)上,對(duì)上述3個(gè)工況下3種不同來流入射角度進(jìn)行數(shù)值流場(chǎng)計(jì)算,對(duì)墩身及其下部結(jié)構(gòu)所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的合力時(shí)程進(jìn)行處理分析,下面給出不同工況下的時(shí)程分析結(jié)果.
3.1 海床面位于承臺(tái)頂(設(shè)計(jì)方案,高程-5.5 m處)
時(shí)的繞流力特性
當(dāng)海床面位于承臺(tái)頂時(shí),由于承臺(tái)基本埋置于海床面以下,此時(shí)繞流場(chǎng)主要受墩身擾流影響,浸沒段墩身基本呈長(zhǎng)方形柱體,計(jì)算結(jié)果流線相對(duì)規(guī)律.無論2 m· s-1速度的來流從45°、順橋向還是橫橋向入射,在墩身后方皆出現(xiàn)穩(wěn)定的卡門渦街,且漩渦距離橋墩背面很近,漩渦中心正是壓強(qiáng)最低區(qū)域,因而墩身背面受到很大的負(fù)壓,橋墩受力相對(duì)較大,墩身合力大小和合力角度都呈明顯的周期性特性.
45°來流作用下,墩身合力均值約為500 kN,呈周期性,振幅約為230 kN,合力方向與順橋向夾角呈+5°至+53°間的周期性變化,周期約為31.3 s.圖6分別給出了該計(jì)算工況下流線分布、速度矢量剖視、合力大小時(shí)程和合力角時(shí)程.
順橋向來流作用下,墩身合力均值約為580 kN,呈周期性,振幅約為90 kN,合力方向與順橋向夾角呈± 20°的周期性變化,周期約為35 s.圖7分別給出了該計(jì)算工況下流線分布、速度矢量剖視、合力大小時(shí)程和合力角時(shí)程.
圖6 工況一45°來流,下部結(jié)構(gòu)渦激力分析Fig.6 Substructure vortex-excited force analysis of case 1 under flow in 45°direction
圖7 工況一順橋向來流,下部結(jié)構(gòu)渦激力分析Fig.7 Substructure vortex-excited force analysis of case 1 under flow along bridge direction
橫橋向來流作用下,墩身合力均值約為71 kN,呈周期性,振幅約為3.5 kN,合力方向與順橋向夾角呈±15°變化,周期約為14 s.圖8分別給出了該計(jì)算工況下流線分布、速度矢量剖視、合力大小時(shí)程和合力角時(shí)程.
相比而言,該工況下,45°來流造成的合力振幅最大,順橋向來流造成的合力均值最大,而橫橋向來流產(chǎn)生的合力均值和振幅均相對(duì)較小.
3.2 海床面沖刷演變至位于承臺(tái)底(高程-10.5 m處)時(shí)的繞流力特性
當(dāng)海床面位于承臺(tái)底時(shí),由于承臺(tái)基本暴露于海床面以上,此時(shí)繞流場(chǎng)除了受墩身擾流影響之外,也受承臺(tái)擾流影響,浸沒段墩身和承臺(tái)構(gòu)成上下疊加的雙柱體,使得流線相對(duì)變得復(fù)雜.無論2 m·s-1速度的來流從45°、順橋向還是橫橋向入射,在墩身后方皆形成2個(gè)漩渦,1個(gè)靠上部,1個(gè)靠下部.橋墩后面靠上部的漩渦主要是由橋墩引起,靠下部的漩渦主要是由承臺(tái)引起,兩者相互干擾,同樣在墩身和承臺(tái)背流面形成明顯負(fù)壓.相對(duì)于工況一來說,下部結(jié)構(gòu)所受合力雖然同樣呈現(xiàn)周期性,但是振幅并不穩(wěn)定,漩渦離橋墩較遠(yuǎn).
45°來流作用下,墩身合力均值約為630 kN,在590 kN到690 kN間波動(dòng),呈不穩(wěn)定的周期性,合力方向與順橋向夾角呈+20°至+35°間變化,周期達(dá)到45 s.圖9分別給出了該計(jì)算工況下流線分布、速度矢量剖視、合力大小時(shí)程和合力角時(shí)程.
順橋向來流作用下,橋墩合力平均值約為578 kN,起落幅度約12 kN,合力方向與順橋向夾角呈-0.8°至+0.6°間變化,周期性并不明顯.圖10分別給出了該計(jì)算工況下流線分布、速度矢量剖視、合力大小時(shí)程和合力角時(shí)程.
圖8 工況一橫橋向來流,下部結(jié)構(gòu)渦激力分析Fig.8 Substructure vortex-excited force analysis of case 1 under flow in transverse bridge direction
圖9 工況二45°來流,下部結(jié)構(gòu)渦激力分析Fig.9 Substructure vortex-excited force analysis of case 2 under flow in 45°direction
橫橋向來流作用下,墩身合力均值約為204.500 kN,起落幅度約為3.5 kN,合力方向與順橋向夾角呈-3°~+3°間變化.圖11分別給出了該計(jì)算工況下流線分布、速度矢量剖視、合力大小時(shí)程和合力角時(shí)程.
從工況二的分析結(jié)果可以看出,相比工況一,由于承臺(tái)露出海床面,總體上繞流力均值有所增加,但是由于墩身和承臺(tái)后方渦旋的相互干擾,繞流力周期性減弱,或者已經(jīng)超出300 s的計(jì)算時(shí)長(zhǎng).
圖10 工況二 順橋向來流,下部結(jié)構(gòu)渦激力分析Fig.10 Substructure vortex-excited force analysis of case 2 under flow along bridge direction
圖11 工況二 橫橋向來流,下部結(jié)構(gòu)渦激力分析Fig.11 Substructure vortex-excited force analysis of case 1 under flow in transverse bridge direction
3.3 淤泥層全部消失(高程-20 m處)的極端情況繞流力特性
考慮海床演變至淤泥層全部消失的極端情況,此時(shí)承臺(tái)和一部分樁身已經(jīng)露出海床面,水深達(dá)23.58 m,浸沒段的墩身、承臺(tái)和鋼管樁組成繞流體,使得流線進(jìn)一步變得復(fù)雜.從數(shù)值模擬結(jié)果來看,相比前兩個(gè)工況,墩-承臺(tái)-樁組成的繞流體背面渦旋變得雜亂,整體結(jié)構(gòu)并沒有穩(wěn)定的卡門渦街出現(xiàn),使得周期性激勵(lì)不明顯,繞流力的波動(dòng)幅度小得多但由于水深加大,結(jié)構(gòu)總體受繞流力均值進(jìn)一步加大.
45°來流作用下,墩身合力均值約為754 kN,波動(dòng)幅度僅約6 kN,合力方向與順橋向夾角呈+30.4°~+31°間變化,方向穩(wěn)定.圖12分別給出了該計(jì)算工況下流線分布、速度矢量剖視、合力大小時(shí)程和合力角時(shí)程.
順橋向來流作用下,橋墩合力平均值約為680 kN,波動(dòng)幅度約20 kN,合力方向與順橋向夾角呈±1°間變化.圖13分別給出了該計(jì)算工況下流線分布、速度矢量剖視、合力大小時(shí)程和合力角時(shí)程.
圖12 工況三45°來流,下部結(jié)構(gòu)渦激力分析Fig.12 Substructure vortex-excited force analysis of case 3 under flow in 45°direction
圖13 工況三順橋向來流,下部結(jié)構(gòu)渦激力分析Fig.13 Substructure vortex-excited force analysis of case 3 under flow along bridge direction
橫橋向來流作用下,墩身合力均值約為313.5 kN,波動(dòng)幅度約為2.5 kN,合力方向與順橋向夾角呈-0.6°~+0.9°間變化,方向穩(wěn)定.圖14分別給出了該計(jì)算工況下流線分布、速度矢量剖視、合力大小時(shí)程和合力角時(shí)程.
圖14 工況三橫橋向來流,下部結(jié)構(gòu)渦激力分析Fig.14 Substructure vortex-excited force analysis of case 3 under flow in transverse bridge direction
從工況三的分析結(jié)果可以看出,相比前兩個(gè)工況,水深加大,總體上繞流力均值進(jìn)一步增加,墩-承臺(tái)-樁組成的繞流體后方渦旋雜亂,繞流力波動(dòng)幅度進(jìn)一步變小,周期性不明顯,或者已經(jīng)超出300 s的計(jì)算時(shí)長(zhǎng).
本文選取港珠澳大橋深水區(qū)隔震連續(xù)梁橋的典型下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值分析,基于Fluent建立三維有限體積網(wǎng)格模型,考察了其采用的低樁承臺(tái)方案在海床面位于承臺(tái)頂(設(shè)計(jì)工況)、海床面位于承臺(tái)底、海床沖刷演變至淤泥層全部消失的極端情形等3種典型工況下的繞流場(chǎng)特性.分析表明,當(dāng)海床面位于承臺(tái)頂時(shí),墩身背面形成卡門渦街,渦激力幅值和方向變化的周期性很穩(wěn)定,順橋向來流及45°來流形成的渦激力穩(wěn)定周期約在30 s以上,遠(yuǎn)離橋梁結(jié)構(gòu)隔震周期.橫橋向來流渦激力穩(wěn)定周期也達(dá)14 s,距離橋梁結(jié)構(gòu)隔震周期也較遠(yuǎn).隨著水深的增加和海床面的下降,由墩-承臺(tái)-樁組成的綜合繞流體受繞流力均值增加,但由于背面渦旋的互相干擾,使流場(chǎng)變得復(fù)雜,渦激力周期性減弱,波動(dòng)幅度變?nèi)?,相?duì)而言,橫橋向來流造成的繞流力幅值和波動(dòng)性都較小.所有工況的整體繞流力低于單墩受力80 t.根據(jù)分析結(jié)果可以綜合預(yù)判,就現(xiàn)有的近海工程隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來看,地震來臨時(shí),橋梁下部結(jié)構(gòu)海流繞流力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并不大,渦激力特性不會(huì)與隔震結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非常不利的共振作用.本文工作有待于進(jìn)一步深入開展地震、臺(tái)風(fēng)、波浪和海流綜合作用下,考慮流固相互作用的近海長(zhǎng)周期隔震結(jié)構(gòu)體系的精細(xì)化分析研究.
[1] 孟凡超,劉明虎,吳偉勝,等.港珠澳大橋設(shè)計(jì)理念及橋梁創(chuàng)新技術(shù)[J].中國(guó)工程科學(xué),2015,17(1):27-35.MENG F C,LIU M H,WU W S,et al.The design philosophy and bridge’s technical innovation of Hong Kong-Zhuhai-Macau Bridge[J].Eng Sci,2015,17(1):27-35.
[2] 張強(qiáng),高寶峰.港珠澳大橋非通航孔橋型方案分析[J].橋梁建設(shè),2009(4):38-41.ZHANG Q,GAO B F.Analysis of bridge type selection for non-navigable spans of Hongkong-Zhuhai-Macau Bridge[J].Bridge Constr,2009(4):38-41.
[3] CHOI S U,YANG W.Numerical simulation of 3-D flows around bridge piers[C]∥Proceeding of the First International Conference on Scour of Foundations,Texas A&M University,Texas,USA,2002:206-213.
[4] GOKHAN K,GEORGE C,ROBERT E.The horseshoe vortex system around a Circular Bridge Pier on equilibrium scoured bed[J].ASCE Impacts Glob Clim Change,2005,414:1-12.
[5] HUANG W,YANG Q,XIAO H.CFD modeling of scale effects on turbulence flow and scour around bridge piers[J].Comput Fluid,2009,38(5):1050-1058.
[6] YANG J,WANG W,HE Q,et al.Effect of different structural forms of marine pile foundations on flow[J].Advan Sci Tech Water Resour,2014,34(1):32-36.
[7] 鐘立星,程暮林,王嘉.近海工程基部的海流計(jì)算[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展,2005,20:867-873.ZHONG L,CHENG M,WANG J.The sea-water erosion near the base of offshore engineering[J].J Hydrod,2005,20:867-873.
[8] 鄧紹云.樁基繞流阻力特性研究現(xiàn)狀與展望[J].水運(yùn)工程,2006,392(9):10-15.DENG S Y.Current situation and prospect of study on drag force characteristics of piles[J].Port Water Eng,2006,392(9):10-15.
[9] 何國(guó)建,方紅衛(wèi),府仁壽.橋墩群對(duì)河道水流影響的三維數(shù)值分析[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展,2007,22(3):345-351.HE G J,F(xiàn)ANG H W,F(xiàn)U R S.Three dimensional numerical analysis on water flow affected by piers[J].J Hydrod,2007,22(3):345-351.
[10]楊娟,王衛(wèi)遠(yuǎn),何倩倩,等.海上不同結(jié)構(gòu)形式樁基對(duì)水流的影響[J].水利水電科技進(jìn)展,2014,34(1):32-36.YANG J,WANG W Y,HE Q Q,et al.Effect of different structural forms of marine pile foundations on flow[J].Advan Sci Tech Water Resour,2014,34(1):32-36.
[11]王晨陽,李孟國(guó),李文丹.港珠澳大橋工程二維潮流數(shù)學(xué)模型研究[J].水道港口,2010,31(3):187-194.WANG C Y,LI M G,LI W D.Research on two dimensional tidal flow mathematical model of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge engineering[J].J Water Harbor,2010,31(3):187-194.
[12]李文丹,李孟國(guó),楊樹森,等.港珠澳大橋建設(shè)對(duì)水沙環(huán)境影響數(shù)學(xué)模型研究——I.模型的建立和驗(yàn)證[J].水運(yùn)工程,2011,456(8):1-8.LI W D,LI M G,YANG S S,et al.Mathematical modeling of the effect of constructing Hong Kong-Zhuhai-Macao bridge on hydrodynamic sediment environment:I.Development and verification of the model[J].Port Water Eng,2011,456(8):1-8.
[13]李孟國(guó),李文丹,楊樹森,等.港珠澳大橋建設(shè)對(duì)水沙環(huán)境影響數(shù)學(xué)模型研究——II.模型的應(yīng)用[J].水運(yùn)工程,2011,459(10):1-6.LI M G,LI W D,YANG S S,et al.Mathematical modeling of the effect of constructing Hong Kong-Zhuhai-Macao bridge on hydrodynamic sediment environment:II.Application of the model[J].Port Water Eng,2011,459(10):1-6.
[14]季榮耀,徐群,莫思平,等.港珠澳大橋人工島對(duì)水沙動(dòng)力環(huán)境的影響[J].水科學(xué)進(jìn)展,2012,23(6):829-836.JI R Y,XU Q,MO S P.Effects on the hydrodynamics and sediment environment by artificial islands of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge[J].Advan Water Sci,2012,23(6):829-836.
[15]吳啟和,牛照,田唯,等.港珠澳大橋埋置承臺(tái)與樁波流作用動(dòng)力響應(yīng)分析與試驗(yàn)研究[J].中外公路,2014,34(1):121-124.WU Q H,NIU Z,TIAN W,et al.Dynamic response analysis and experimental study on interaction between embedded cap,pile and wave flow[J].J China Foreign Highway,2014,34(1):121-124.
A numerical simulation study on ocean current induced vortex-excitation property for Hong Kong-Zhuhai-M acau Base Isolation Bridge in Abyssal Zone
CHEN Yang-yang1,TAN Ping1,CUI Jie1,LI Jian-feng2,ZHOU Fu-lin1
(1.State Key Laboratory for Seismic Reduction,Control and Structural Safety(Cultivation),Guangzhou University,Guangzhou 510405,China;2.Department of Mechanics and Applied Engineering,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510275,China)
It is significant to verify the substructural vortex-excitation properties for the base isolated offshore long-period structure.A numerical simulation study on vortex-excitation property for the substructure of Hong Kong-Zhuhai-Macau Base Isolation Bridge in Abyssal Zone is thus presented.The typical cases for the pile cap,which are submerged,emerged low-rise,and high-rise designs,are studied in details for the project.The vortex-excitation properties under different cases are summarized for project design reference.
offshore bridge;ocean flow;vortex-excitation force;substructure;seismic isolation
P 315.9
A
1671-4229(2016)01-0036-09
【責(zé)任編輯:周 全】
2015-04-26;
2015-07-08
“973”國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2011CB013606);“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012BAJ07B02);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11102045,U1334209)
陳洋洋(1981-),男,副研究員,博士.E-mail:yychen@gzhu.edu.cn