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摘要
海啸是威胁跨海桥梁安全的主要灾害之一，深入研究海啸与桥梁上部结构耦合作用过程，明确桥梁上部结构波浪力以及桥梁支座受力状态对跨海桥梁安全具有重要意义。本文采用开源软件OpenFOAM建立二维数值水槽，以溃坝波模拟海啸，通过求解RANS方程来获取流体运动，并采用k-ε湍流模型解决RANS方程的封闭性问题，以弹簧-质量-阻尼体系模拟桥梁上部结构运动体系，通过流体与质量-弹簧-阻尼体系间实时数据传递模拟海啸与桥梁上部结构之间的耦合效应。并利用溃坝波解析解及已有的试验数据验证了数值模型的可靠性。在此基础上，通过对比在水平方向采用刚性约束或不同刚度的弹性约束时上部结构的波浪力，研究了流-固耦合效应以及约束刚度对桥梁上部结构波浪力的影响，同时分析了在海啸作用过程中桥梁各支座的受力状态。结果表明：本文建立的数值模型能够准确地模拟海啸波浪与结构耦合作用过程；考虑流固耦合效应后，上部结构受到的最大波浪力明显减小，水平力最大值减小16.8%～21.0%，竖向力最大值减小15.5%～19.5%；相比于上部结构水平波浪力，支座承受的水平力波动更明显且其最大值达到上部结构水平力的1.25倍；迎浪测支座在不同时刻存在拉和压两种不同工作状态，其最大拉力达到上部结构竖向波浪力最大值的90%以上；背浪侧支座仅承受压力，其最大压力约为迎浪侧支座最大压力的1.11倍～1.55倍。
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