跨海特大型桥梁风-浪耦合作用的随机振动分析

摘要 考虑风-浪耦合场中风和波浪特征参数的相关性，建立了基于有限元法与边界元法联合分析的特大型桥梁风-浪耦合作用运动方程.其中，作用在大型深水基础上的波浪力采用势流理论和边界元法进行计算，并建立有限单元与边界元单元组的映射关系，将边界单元组上的波浪力映射到结构有限单元上；作用在桥梁上的气动力通过有限元法进行计算，包括由脉动风激发的非定常抖振力和由气弹相互作用产生的自激力.在此基础上，基于随机振动分析的高效算法——虚拟激励法，建立了计算桥梁风-浪耦合作用响应的分析方法.最后，针对某跨海超大跨桥梁方案进行研究，结果表明：与风致响应相比，风-浪耦合作用下桥梁深水基础内力显著增大，其中波浪激发的侧向剪力占主导地位，波浪激发的侧向弯矩在海床附近与风致响应基本相当，但在海床以下更大；斜风-波浪耦合作用下的主梁内力响应和深水基础内力响应比正交风-波浪耦合作用下的结果更大.因此，在跨海桥梁设计中，必须考虑风-浪耦合作用效应