CN105089070A - 一种消减波浪荷载的桥梁深水基础 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消减波浪荷载的桥梁深水基础，该桥梁深水基础包括横系梁、斜柱和底座，其中，斜柱的数量M大于或等于2，且斜柱的上端与横系梁固接，斜柱的下端与底座固接。斜柱上小下大，自上而下向外侧倾斜布置，斜柱之间存在一定的空间距离。斜柱上小下大，其所受波浪荷载比等截面等体积斜柱的小；斜柱之间存在空间距离，各斜柱所受波浪荷载存在相位差，所有斜柱上总波浪荷载进一步减小。底座顶面设有斜坡，底座斜坡上波浪压力的竖向分力产生的力矩可消减桥梁深水基础上的总波浪力矩。本发明构造简单，实施方便，经济性好，可有效消减桥梁深水基础上的波浪荷载。

Description

一种消减波浪荷载的桥梁深水基础

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体为一种消减波浪荷载的桥梁深水基础。

背景技术

随着交通网络的逐步完善，跨越海湾、海峡的跨海桥梁建设需求越来越大。在宽阔的海峡上修建桥梁，当无法一跨跨越时，桥梁基础必须建造在海中，在建设期和运营期将受到波浪的巨大冲击作用。我国的琼州海峡西线桥位附近最大水深达50m，现场观测的波高达12m。在琼州海峡工程可行性研究中，对1500m三塔斜拉桥方案桥梁基础波浪力的研究结果表明：主塔基础设计波浪力超过2万吨、波浪力矩超过80万吨.m。因此，在恶劣气象条件下，作用在桥梁深水基础上的巨大波浪荷载，可能导致桥梁深水基础结构发生局部破坏，甚至导致桥梁整体倾覆倒塌，严重危机桥梁结构和行车安全。

由于外海跨海桥梁建设的经验有限，在桥梁工程领域，关于消减桥梁基础波浪荷载的研究很少。在港口工程领域，防波堤单侧承受波浪荷载，这与桥梁深水基础四周承受波浪荷载的受力模式不同。此外，在港口工程领域主要关注减小港内波浪的波高，保证港内船舶的泊稳条件，作用在防波堤结构上波浪荷载是次要关注的对象，这方面研究的借鉴意义有限。

因此，迫切需要从波浪与桥梁深水基础结构相互作用的机理出发，创新设计一种可消减波浪荷载的桥梁深水基础形式，增强桥梁深水基础浮运、沉放和桥梁运营过程中抗波浪的稳定性和安全性，保障跨海桥梁结构和行车安全。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是为解决现有技术的不足，提供一种消减波浪荷载的桥梁深水基础，以有效减小作用在桥梁深水基础上的波浪力和波浪力矩。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种消减波浪荷载的桥梁深水基础，该桥梁深水基础包括横系梁1、斜柱2和底座3，其中，斜柱2的数量M大于或等于2，且斜柱2的上端与横系梁1固接，斜柱2的下端与底座3固接。

上述方案中，所述横系梁1、斜柱2和底座3均采用圆形、圆端型或圆倒角矩形截面。

上述方案中，所述横系梁1上端部分露出水面。

上述方案中，所述斜柱2上小下大，自上而下向外侧倾斜布置，且各斜柱2之间存在一定的空间距离。

上述方案中，所述底座3顶面设有斜坡，斜坡倾角A在10～45度之间取值，斜坡宽度l为斜柱2高度的1/6～1/2。

上述方案中，所述斜坡宽度l在满足构造和受力要求前提下取最接近于l₀的值，其中：

$l_0=(b-\sqrt{b^2-4ac})/2a$

式中， $a=\frac{1-\cosh \left(kH\right)}{H^2{k}^2};b=\frac{D\sinh \left(kH\right)}{2kH};c=\frac{1+\sinh \left(kd\right)kd-\cosh \left(kd\right)}{k^2};$ H为斜坡高度，k＝2π/L，L为设计波长，d为水深，D为底座3中心区长度。

(三)有益效果

本发明提供的消减波浪荷载的桥梁深水基础，其有益效果是：

1、本发明提供的消减波浪荷载的桥梁深水基础，斜柱上小下大，因此其所受波浪荷载比等截面等体积斜柱所受波浪荷载小；斜柱之间存在空间距离，因此各斜柱所受波浪荷载存在相位差，M个斜柱上的总波浪荷载进一步减小；底座斜坡上波浪压力的竖向分力产生的力矩可消减桥梁深水基础上的总波浪力矩。

2、本发明提供的消减波浪荷载的桥梁深水基础，能够有效减小作用在结构上的波浪力和波浪力矩，增强桥梁深水基础浮运、沉放和桥梁运营过程中抗波浪的稳定性和安全性，保障跨海桥梁结构和行车安全。

3、本发明提供的消减波浪荷载的桥梁深水基础，构造简单，实施方便，经济性好。

附图说明

图1为本发明提供的消减波浪荷载的桥梁深水基础的立体示意图；

图2为本发明提供的消减波浪荷载的桥梁深水基础的正视图；

图3为本发明提供的消减波浪荷载的桥梁深水基础的俯视图；

图4为本发明提供的消减波浪荷载的桥梁深水基础的侧视图。

附图中标记如下：

横系梁1；斜柱2；底座3；斜坡倾角A；斜坡宽度l；斜坡高度H；底座中心区宽度D。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

请参照图1～图4，本发明提供的消减波浪荷载的桥梁深水基础，包括横系梁1、斜柱2和底座3，其中，斜柱2的数量M大于或等于2，且斜柱2的上端与横系梁1固接，斜柱2的下端与底座3固接。

请参照图1和图3，横系梁1、斜柱2和底座3均采用圆形、圆端型或圆倒角矩形截面。

请参照图2，横系梁1上端部分露出水面。

请参照图1～图4，斜柱2上小下大，自上而下向外侧倾斜布置，且斜柱2之间存在一定的空间距离；由于斜柱2上小下大，因此其所受波浪荷载比等截面等体积斜柱所受波浪荷载小；由于斜柱2之间存在空间距离，因此各斜柱2所受波浪荷载存在相位差，M个斜柱2上的总波浪荷载进一步减小。

请参照图1～图4，底座3顶面设有斜坡，斜坡倾角A在10～45度之间取值；斜坡宽度l为斜柱2高度的1/6～1/2，斜坡宽度l在满足构造和受力要求前提下取最接近于l₀的值，其中：

$l_0=(b-\sqrt{b^2-4ac})/2a$

式中， $a=\frac{1-\cosh \left(kH\right)}{H^2{k}^2};b=\frac{D\sinh \left(kH\right)}{2kH};c=\frac{1+\sinh \left(kd\right)kd-\cosh \left(kd\right)}{k^2};$ H为斜坡高度，k＝2π/L，L为设计波长，d为水深，D为底座3中心区长度。

底座3斜坡上波浪压力的竖向分力产生的力矩可消减桥梁深水基础上的总波浪力矩。

本发明提供的消减波浪荷载的桥梁深水基础，能够有效减小作用在结构上的波浪力和波浪力矩，增强桥梁深水基础浮运、沉放和桥梁运营过程中抗波浪的稳定性和安全性，保障跨海桥梁结构和行车安全，而且结构型式简单，实施方便，经济性好。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种消减波浪荷载的桥梁深水基础，其特征在于，该桥梁深水基础包括横系梁(1)、斜柱(2)和底座(3)，其中，斜柱(2)的数量M大于或等于2，且斜柱(2)的上端与横系梁(1)固接，斜柱(2)的下端与底座(3)固接。

2.根据权利要求1所述的消减波浪荷载的桥梁深水基础，其特征在于，所述横系梁(1)、斜柱(2)和底座(3)均采用圆形、圆端型或圆倒角矩形截面。

3.根据权利要求1所述的消减波浪荷载的桥梁深水基础，其特征在于，所述横系梁(1)上端部分露出水面。

4.根据权利要求1所述的消减波浪荷载的桥梁深水基础，其特征在于，所述斜柱(2)上小下大，自上而下向外侧倾斜布置，且各斜柱(2)之间存在一定的空间距离。

5.根据权利要求1所述的消减波浪荷载的桥梁深水基础，其特征在于，所述底座(3)顶面设有斜坡，斜坡倾角A在10～45度之间取值，斜坡宽度l为斜柱(2)高度的1/6～1/2。

6.根据权利要求5所述的消减波浪荷载的桥梁深水基础，其特征在于，所述斜坡宽度l在满足构造和受力要求前提下取最接近于l₀的值，其中：

$l_0=(b-\sqrt{b^2-4ac})/2a$

式中， $a=\frac{1-\cosh \left(kH\right)}{H^2{k}^2};$ $b=\frac{D\sinh \left(kH\right)}{2kH};$ $c=\frac{1+\sinh \left(kd\right)kd-\cosh \left(kd\right)}{k^2};$ H为斜坡高度，k＝2π/L，L为设计波长，d为水深，D为底座(3)中心区长度。