急流沖擊下大跨度連續剛構橋動力響應分析

鄭 建,賈宏宇,吳煒昌,程 維,鄒作家,鄭史雄

(西南交通大學土木工程學院,成都 610031)

引言

大跨度連續剛構橋主梁連續、墩身固結，因其跨越能力大、適應性強、施工方法成熟等優點，成為我國大跨徑梁式橋的主要橋型。剛構橋在跨越江河湖泊時，其橋墩不可避免地常年受到水流沖擊，特別是一些建造在峽谷急流或溢洪道上的橋梁，水流流速很大，其橋墩受到的沖擊作用更加顯著，由水流沖擊導致橋梁損毀的事故常有發生。例如，2010年，西藏林芝地區八一大橋因河水暴漲引發水流集中沖刷橋墩，致使大橋西端一座橋墩發生垮塌，造成交通中斷；2015年，湖南岳陽縣筻口大橋因暴雨引發洪水沖刷，導致橋墩發生移位，部分橋面斷裂下沉。熊文等[1]基于美國92座橋梁倒塌失效的原始統計數據，按失效原因重新分類，結果表明，水文是橋梁失效的最主要原因，橋梁水毀占比達52.17%。水流沖擊作用造成的橋梁損毀事故使國民經濟蒙受巨大的損失，因此，系統地研究水流沖擊下橋梁的動力響應是必要的。

眾多學者對水流沖擊橋墩的問題進行了研究。梅大鵬等[2]通過物理模型試驗，得到承臺波流力與波浪力、水流力之和的比值(合成系數)；NASIM等[3]探討了水流速度變化對施加在橋墩上的水動力和壓力分布的影響；吳安杰等[4]利用數值仿真軟件ANSYS-CFX，提出了沖擊放大系數和沖擊效應系數的概念，研究了洪水對橋墩瞬間沖擊效應的大小與規律；鄧斌等[5]類比阿基米德原理，定量分析了繞流阻力與尾渦區之間的關系，推導得到了無量綱化新型繞流阻力公式；……