【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥墩海啸涌波荷载计算，具体为一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法。
技术介绍
1、由于我国东南沿海地区及东南亚地区的滨海桥梁位于破坏性海啸高发的环太平洋地震带以及印度洋海啸高危区，滨海桥梁面临各种恶劣复杂波流海况的考验。作为地球上最具破坏性的自然灾害之一，海啸波会对如桥梁、房屋等基础设施造成严重损毁。灾后调研表明桥梁的损毁以下部桥墩的倾斜和倒塌以及上部梁体的横移或落梁最为普遍。目前，桥墩的水动力研究主要集中于均匀流或规则波作用下的桥墩荷载机理研究，而关于海啸波对桥墩的冲击力研究还相对较少。因此，准确计算桥墩海啸荷载对确保海啸风险区桥梁的结构安全具有重要意义。
2、现有的桥墩海啸涌波荷载研究主要聚焦于圆形及方形桥墩，其它类型的桥墩研究相对较少，如圆端形桥墩；然而，圆端形桥墩，因其外形简单、便于建造等优点在滨海桥梁建设中得到了广泛应用；目前，关于圆端形桥墩的海啸涌波计算方法的深入研究尚未见报道；本专利技术分析圆端形桥墩的长宽比对桥；荷载最大值的影响规律，给出了圆端形桥墩在海啸涌波作用下的计算方法。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，具备通过可以分别对圆端形桥墩下游初始有水时和下游初始无水时圆端形桥墩受到海啸涌波荷载计算，从而可以得到不同环境中圆端形桥墩的受到海啸涌波荷载，分析出海啸的涌波冲击对圆端形桥墩造成的伤害，确保海啸风险区桥梁的结构的安全等优点，解决了桥墩海啸涌波
3、(二)技术方案
4、为实现上述通过可以分别对圆端形桥墩下游初始有水时和下游初始无水时圆端形桥墩受到海啸涌波荷载计算，从而可以得到不同环境中圆端形桥墩的受到海啸涌波荷载，分析出海啸的涌波冲击对圆端形桥墩造成的伤害，确保海啸风险区桥梁的结构的安全目的，本专利技术提供如下技术方案：
5、一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，具体方法如下：
6、下游初始有水时，圆端形桥墩最大荷载的计算分两步进行：
7、(1)首先计算似平稳段的墩底合力和墩底弯矩；
8、(2)然后乘以冲击段的冲击放大系数，分别如式下所示：
9、
10、
11、其中，cs和ms为似平稳段墩底合力和墩底弯矩的系数，ca和ma为墩底合力和墩底弯矩在冲击段的冲击系数。
12、优选的，所述根据各桥墩cq-max和mq-max结果，可偏于安全地将cs和ms分别取为1.4和2.8。
13、优选的，所述墩底合力和墩底弯矩在冲击段的冲击系数可分别由对应的cmax与cq-max，以及mmax与mq-max做商后得到。
14、优选的，所述ca-round-ended和ma-round-ended它们与下述公式具有很好的相关性；
15、δ＝(h2-h0)/h0。
16、优选的，所述随着δ的逐渐增大，ca-round-ended和ma-round-ended首先在涌波未破碎区快速增加，在临界破碎区达到最大值之后，在破碎区逐渐下降并最终保持稳定。
17、优选的，可以对ca-round-ended和ma-round-ended按(h2-h0)/h0的分布取包络，制作包络线图，在计算应用时可直接查图得到，制作包络线图，在计算应用时可直接查图得到冲击系数ca和ma；由推求过程可知，该计算方法已经将波前形态演变的影响考虑在内。
18、优选的，所述下游初始无水时，圆端形桥墩最大荷载计算方法与下游有水时类似，依然使用上述公式，需要注意的是下游初始无水时圆端形桥墩荷载最大值发生在稳定发展段，因此下游无水时冲击系数ca和ma均为1.0。
19、优选的，所述下游无水时cs和ms偏于安全地取为1.22和4.36；这里需要指出的是，这两个值取自工况13.0-0，由于其来流波高与桥墩宽度相比较小、自由液面效应突出，它们明显大于其它工况；若将它们用于较大来流波高的荷载计算时，则会过于保守。
20、优选的，所述当h1/d≥2.5(＝20.3/8，h1为上游初始水深，d为桥墩宽度，取自工况20.3-0)，cs和ms可偏于安全地取为0.93和1.85(取自工况20.3-0)。
21、优选的，所述海啸涌波作用下，考虑波前形态演变影响的圆端形桥墩最大荷载计算方法已给出，根据列出了各相关系数取值；在使用时需注意其适用区间。
22、(三)有益效果
23、与现有技术相比，本专利技术提供了一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，具备以下有益效果：
24、该圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，通过可以分别对圆端形桥墩下游初始有水时和下游初始无水时圆端形桥墩受到海啸涌波荷载计算，从而可以得到不同环境中圆端形桥墩的受到海啸涌波荷载，分析出海啸的涌波冲击对圆端形桥墩造成的伤害，确保海啸风险区桥梁的结构的安全，通过对海啸的涌波大小计算海啸风险区桥梁能否抗击海啸涌波的冲击，并且根据计算分析结果及时的做出相应的应对策略，从而对海啸风险区桥梁的结构安全具有重要意义。
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1.一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，具体方法如下：
2.根据权利要求1所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述根据各桥墩Cq-max和Mq-max结果，可偏于安全地将Cs和Ms分别取为1.4和2.8。
3.根据权利要求1所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述墩底合力和墩底弯矩在冲击段的冲击系数可分别由对应的Cmax与Cq-max，以及Mmax与Mq-max做商后得到。
4.根据权利要求1所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述Ca-round-ended和Ma-round-ended它们与下述公式具有很好的相关性；
5.根据权利要求4所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述随着δ的逐渐增大，Ca-round-ended和Ma-round-ended首先在涌波未破碎区快速增加，在临界破碎区达到最大值之后，在破碎区逐渐下降并最终保持稳定。
6.根据权利要求1所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述可以对Ca-round
7.根据权利要求1所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述下游初始无水时，圆端形桥墩最大荷载计算方法与下游有水时类似，依然使用上述公式，需要注意的是下游初始无水时圆端形桥墩荷载最大值发生在稳定发展段，因此下游无水时冲击系数Ca和Ma均为1.0。
8.根据权利要求7所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述下游无水时Cs和Ms偏于安全地取为1.22和4.36；这里需要指出的是，这两个值取自工况13.0-0，由于其来流波高与桥墩宽度相比较小、自由液面效应突出，它们明显大于其它工况；若将它们用于较大来流波高的荷载计算时，则会过于保守。
9.根据权利要求7所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述当h1/D≥2.5(＝20.3/8，h1为上游初始水深，D为桥墩宽度，取自工况20.3-0)，Cs和Ms可偏于安全地取为0.93和1.85。
10.根据权利要求1所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述海啸涌波作用下，考虑波前形态演变影响的圆端形桥墩最大荷载计算方法已给出，根据列出了各相关系数取值；在使用时需注意其适用区间。
...【技术特征摘要】
1.一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，具体方法如下：
2.根据权利要求1所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述根据各桥墩cq-max和mq-max结果，可偏于安全地将cs和ms分别取为1.4和2.8。
3.根据权利要求1所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述墩底合力和墩底弯矩在冲击段的冲击系数可分别由对应的cmax与cq-max，以及mmax与mq-max做商后得到。
4.根据权利要求1所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述ca-round-ended和ma-round-ended它们与下述公式具有很好的相关性；
5.根据权利要求4所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述随着δ的逐渐增大，ca-round-ended和ma-round-ended首先在涌波未破碎区快速增加，在临界破碎区达到最大值之后，在破碎区逐渐下降并最终保持稳定。
6.根据权利要求1所述的一种圆端形桥墩海啸涌波荷载计算方法，其特征在于，所述可以对ca-round-ended和ma-round-ended按(h2-h0)/h0的分布取包络，制作包络线图，在计算应用时可直接查图得到，制作包络线图，在计算应用...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨绍林，王宁，郭攀，蔡迎春，罗军，周柄，郑元勋，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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