波流耦合作用下矩形截面高桩承台迎浪面压力分布特性

来源：中国血液净化杂志2023年第10期北京时间：

作者：魏凯, 胡楷宇, 周聪

单位：1. 西南交通大学 桥梁工程系, 四川 成都 610031;2. 浙江数智交院科技股份有限公司, 浙江 杭州 311100"],"fundList_en":["Excellent Young Scientists Fund from Natural Science Foundation of China (52222804)

摘要：跨海桥梁基础长期受波浪、水流作用，波流耦合作用于高桩承台时，会产生复杂的水动力荷载，其压力分布特性与常规波浪存在显著差异，给桥梁结构设计带来了巨大挑战。为研究跨海桥梁矩形截面高桩承台迎浪面在波流耦合作用下冲击压力的空间分布特性，利用计算流体动力学软件FLOW-3D建立了基于雷诺时均（RANS）方程和<i>k-ε</i>湍流模型的三维数值水槽，通过边界造流和质量源造波方法实现了对波流耦合作用的数值仿真；并通过对比前人试验，验证了上述模型的准确性。数值模拟了不同波高、承台净空和波流条件下的水平波流力时程和波压力空间分布，分析了波流同向、反向条件下的承台迎浪面波压力空间分布特征。基于数值模拟结果，分别建立了以波高和承台净空为参数的波流同向和反向条件下矩形截面高桩承台迎浪面水平波压力空间分布的数学表达式。研究结果表明：①波流同向时承台所受波流力变化规律与纯波条件相似，但波流反向时产生的最大波流力可达纯波条件的4倍；②承台迎浪面波压力分布受波高、净空和越浪影响大；③提出的矩形截面高桩承台迎浪面水平波压力空间分布的数学表达式与数值模拟结果吻合较好，且计算效率高。相关研究成果对于合理开展跨海桥梁设计具有重要理论意义和工程实用价值。

关键词：桥梁工程,高桩承台,数值模拟,波流耦合,冲击压力,数学模型

基金资助：国家自然科学基金优青项目（52222804）