基于台风期实测风浪联合分布的跨海桥梁动力响应研究

摘要

台风在近岸登陆时通常带来强风、巨浪等极端海洋环境，而风浪作为跨海桥梁的主要环境荷载，其极端性、复杂性给桥梁的安全运营带来巨大挑战。为深入了解极端台风风浪环境下跨海桥梁动力响应特点，基于台风期间桥址区实测风浪数据，构建合理的风速和有效波高边缘分布模型及其Copula联合概率分布模型；以某跨海桥梁为例，基于谱分解与模态叠加法在频域下计算桥梁在不同风浪要素组合下的极端动力响应，其中，输入的脉动风谱为Von Karmen谱，波浪谱为P-M谱；构建结构响应面，结合风速和有效波高联合累积分布的环境等值线，对跨海桥梁在极端风浪环境下的结构动力响应进行分析。结果表明：台风“杜鹃”期间，桥址区最大风速达到26.1 m/s，最大有效波高达到3.15 m，风速和有效波高的最优Copula联合概率分布模型为Clayton模型；台风“杜鹃”期间，在风速和有效波高累积概率为0.98的情况下，桥梁跨中最大竖向位移的均方根为2.72 cm；塔顶最大横向位移的均方根为1.18cm；桩基最大横向内力的均方根为193 kN；主梁位移响应主要受风荷载控制，塔顶横向位移响应受风荷载和波浪荷载的共同控制，桩基横向内力响应主要受波浪荷载控制。研究方法和结论可为跨海桥梁设计和运维提供参考。

关键词

桥梁工程 / 动力响应 / 联合概率 / Copula / 台风 / 跨海桥梁 / 实测数据