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基于LES的跨海桥梁施工期围堰波流力数值模拟

康啊真 殷瑞涛 祝兵 李鑫 张家玮

康啊真, 殷瑞涛, 祝兵, 李鑫, 张家玮. 基于LES的跨海桥梁施工期围堰波流力数值模拟[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(3): 537-544, 587. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180222
引用本文: 康啊真, 殷瑞涛, 祝兵, 李鑫, 张家玮. 基于LES的跨海桥梁施工期围堰波流力数值模拟[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(3): 537-544, 587. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180222
KANG Azhen, YIN Ruitao, ZHU Bing, LI Xin, ZHANG Jiawei. Numerical Simulation of Wave-Current Forces Acting on Cofferdam for Sea-Crossing Bridge Based on Large Eddy Simulation[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(3): 537-544, 587. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180222
Citation: KANG Azhen, YIN Ruitao, ZHU Bing, LI Xin, ZHANG Jiawei. Numerical Simulation of Wave-Current Forces Acting on Cofferdam for Sea-Crossing Bridge Based on Large Eddy Simulation[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(3): 537-544, 587. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180222

基于LES的跨海桥梁施工期围堰波流力数值模拟

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180222
基金项目: 国家自然科学基金(青年)资助项目(51708456);四川省科技厅项目重大前沿项目(2017JY0003);中央高校基本科研业务费科技创新项目(2682017CX001)
详细信息
    作者简介:

    康啊真(1986—),女,讲师,研究方向为桥梁结构动力学及桥梁风浪耦合动力学,E-mail:xiaokang_198610@163.com

    通讯作者:

    祝兵(1965—),男,教授,研究方向为桥梁结构动力学及桥梁风浪耦合动力学,E-mail:Zhubing126@126.com

  • 中图分类号: V221.3

Numerical Simulation of Wave-Current Forces Acting on Cofferdam for Sea-Crossing Bridge Based on Large Eddy Simulation

  • 摘要: 跨海大桥基础施工可能面临水深、浪大和流急等恶劣海况,波流力甚至可能成为围堰施工的主要控制荷载. 为研究跨海桥梁施工期围堰波流力,采用垂向多层σ坐标变换模型追踪三维波流自由液面,添加浸没边界法(IBM)处理不规则结构物界面,建立了基于LES的三维波流与结构物相互作用的数值模型,利用所建立并验证的三维数值模型模拟不同长宽比的矩形围堰与斜向波流的相互作用. 分析结果表明:所建立的三维数值模型能够较好地模拟矩形结构波流力;长宽比为1.0时,由于结构的对称性,波流入射角对围堰总波流力影响很小,增幅均在5%以内;随着长宽比的增加,波流入射角对围堰总波流力的影响增大;如长宽比为2.0时,波流沿纵桥向入射时(90°)结构的总波流力约为沿横桥向入射时(0°)总波流力的2.48倍. 与纯波情况相比,矩形围堰波流力普遍比纯波力偏大,但入射角对结构纯波力或波流力的影响系数较为接近.

     

  • 图 1  方柱与波流相互作用模拟

    Figure 1.  Numerical simulation of wave-current interactions with square cylinder

    图 2  三维波流与矩形围堰相互作用的示意

    Figure 2.  Diagrammatic sketch of 3-D wave-current interaction with rectangular cofferdam

    图 3  围堰波流力时程曲线(b/a = 1.0)

    Figure 3.  Time history of wave-current forces acting on cofferdam (length-width ratio equals 1.0)

    图 4  围堰波流力时程曲线(b/a = 1.5)

    Figure 4.  Time history of wave-current forces acting on cofferdam (length-width ratio equals 1.5)

    图 5  围堰波流力时程曲线(b/a = 2.0)

    Figure 5.  Time history of wave-current forces acting on cofferdam (length-width ratio equals 2.0)

    图 6  不同长宽比下矩形围堰波流力和纯波力正向峰值

    Figure 6.  Maximum wave-current forces and wave forces acting on rectangular cofferdam with different length-width ratios

    图 7  围堰附近三维自由面

    Figure 7.  3-D free-surface elevation around cofferdam

    图 8  围堰附近波流场

    Figure 8.  3-D velocity distribution around cofferdam

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  • 收稿日期:  2018-03-26
  • 修回日期:  2018-07-28
  • 网络出版日期:  2018-12-21
  • 刊出日期:  2020-06-01

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