考慮地震、波浪和海流作用的跨海橋梁結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展

柳 春 光， 張 士 博

( 1.大連理工大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)部 工程抗震研究所, 遼寧 大連 116024；2.大連理工大學(xué) 海岸和近海工程國家重點實驗室, 遼寧 大連 116024 )

考慮地震、波浪和海流作用的跨海橋梁結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展

柳 春 光*1,2， 張 士 博1

( 1.大連理工大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)部 工程抗震研究所, 遼寧 大連 116024；2.大連理工大學(xué) 海岸和近海工程國家重點實驗室, 遼寧 大連 116024 )

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，近幾十年來大型的跨海橋梁工程結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，服役期內(nèi)跨海大橋可能同時承受風(fēng)、波浪、海流、海冰、潮汐和地震等其中的幾種聯(lián)合作用，有關(guān)此方面的理論、數(shù)值和試驗研究還比較缺乏．主要對近年來跨海橋梁結(jié)構(gòu)在承受波浪、海流、地震單獨或聯(lián)合作用下的理論、數(shù)值、試驗研究與進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并對橋梁結(jié)構(gòu)考慮波浪、海流作用的水下振動臺試驗的發(fā)展進(jìn)行了展望．

跨海橋梁；波流力；動水壓力；流固耦合；水下振動臺

0 引 言

近年來，我國跨海橋梁的建設(shè)速度呈現(xiàn)空前增長的趨勢，蘇通大橋、杭州灣大橋和青島海灣大橋等跨海大橋已投入使用，港珠澳大橋即將建設(shè)完工，瓊州海峽跨海大橋已進(jìn)入可行性建設(shè)方案論證階段，我國高速公路網(wǎng)規(guī)劃方案中的臺灣海峽和渤海海峽等規(guī)模更大的跨海通道工程，不同程度地進(jìn)行著前期探索和研究工作．

與陸地橋梁所處的自然條件相比，跨海橋梁所處的海洋環(huán)境更為惡劣和復(fù)雜，其服役期內(nèi)要承受多種時變自然荷載(波浪、海流和地震等)共同激勵下的多重沖擊作用．鑒于我國建設(shè)的跨海橋梁時間較短，在理論和經(jīng)驗上的知識儲備都顯得比較缺乏．

本文首先介紹跨海橋梁基礎(chǔ)波流力研究進(jìn)展，然后介紹跨海橋梁地震動水效應(yīng)研究進(jìn)展，接下來介紹跨海橋梁結(jié)構(gòu)考慮地震、波浪、海流作用的研究進(jìn)展，最后討論跨海橋梁結(jié)構(gòu)考慮地震、波浪、海流作用的若干有待研究的問題．

1 跨海橋梁基礎(chǔ)波流力研究進(jìn)展

20世紀(jì)50年代，Morison等[1]提出計算小直徑樁柱上波浪力的莫里森方程，由于其簡單的形式和明確的物理意義，被研究領(lǐng)域和工程設(shè)計沿用至今．對于波流共存場中的單樁而言，合理地確定水動力系數(shù)Cd和Cm是采用莫里森方程計算波流力的關(guān)鍵．影響水動力系數(shù)的因素較多且復(fù)雜，公式中的Cd和Cm很難從理論推導(dǎo)得到，國內(nèi)外研究者通過原型觀測資料和試驗研究獲得水動力系數(shù)的變化規(guī)律．Wolfram等[2]利用兩種尺度圓柱在純波浪和波流共同作用下的橫向力試驗數(shù)據(jù)，采用6種時域方法和4種頻域方法得到了水動力系數(shù)Cd和Cm．任佐皋[3]基于波-流場中的線性波浪理論和模型試驗，提出了在同向波-流場中孤立樁相對速度力系數(shù)的計算公式，并根據(jù)模型試驗數(shù)據(jù)，采用最小二乘原理進(jìn)行回歸得到阻力系數(shù)和慣性力系數(shù)．李玉成等[4-5]研究了垂直圓柱在穩(wěn)定流分別于規(guī)則波和不規(guī)則波共同作用下的受力問題，并采用莫里森方程和線性波浪理論分析垂直樁柱在波流共存場的波流力．同時，對垂直方柱[6]在波(規(guī)則波與不規(guī)則波)流場中的波流力采用擴展的莫里森方程計算．

如何合理確定傾斜桿件上的水動力系數(shù)，截止到目前尚存在問題．滕斌等[7]將修正互譜法應(yīng)用于水流與不規(guī)則波共同作用下傾斜樁柱上受力系數(shù)的計算．李玉成等[8]采用莫里森方程和斯托克斯二階波浪理論，分別研究了不同埋深水平樁和傾斜樁在傾角不同情況下的受力及水動力系數(shù)Cd、Cm隨Kc數(shù)的變化規(guī)律．Sundar等[9]通過對正向和逆向波浪作用下傾斜樁柱的試驗研究，采用最小二乘法得到不同傾角情況下傾斜樁柱的阻力系數(shù)和慣性力系數(shù)隨Kc數(shù)的變化．

跨海橋梁樁基礎(chǔ)多以群樁結(jié)構(gòu)的形式出現(xiàn)，不僅相當(dāng)龐大和復(fù)雜，而且呈現(xiàn)出典型的三維特性，同時還要面臨波流共存的復(fù)雜自然條件，波流間的相互作用將影響各自的傳播特性．目前分析群樁上波流力主要有兩種方法：一是利用莫里森方程和群樁的水動力系數(shù)直接計算各組成樁上的波流力．Chakrabarti[10]通過試驗分析了垂直樁群在規(guī)則波作用下水動力系數(shù)Cd、Cm隨樁距和Kc數(shù)的變化規(guī)律．二是利用單樁上的波流力乘以相應(yīng)的群樁系數(shù)計算各組成樁上的波流力．李玉成等[11-12]通過實驗研究了串列、并列雙樁在不規(guī)則波和水流共同作用下所受的波流力，并給出群樁系數(shù)隨Kc數(shù)和相對樁距的變化規(guī)律．

由于波流對樁柱的非線性作用，且跨海橋梁樁基礎(chǔ)多采用群樁結(jié)構(gòu)，鑒于目前理論分析和數(shù)值模擬還不成熟，采用物理模型試驗方法更有實際的借鑒意義．我國已建[13-14]和在建[15]的大型跨海橋梁工程，主要還是通過物理模型試驗來確定橋梁基礎(chǔ)波流力．

2 跨海橋梁地震動水效應(yīng)研究進(jìn)展

橋梁結(jié)構(gòu)處于靜止的流場時，當(dāng)因地震作用振動時，將產(chǎn)生一個以橋梁結(jié)構(gòu)為中心向外輻射的波浪運動，同時流體又會以動水壓力的形式反作用于橋梁結(jié)構(gòu)，橋梁結(jié)構(gòu)與其接觸的流體的耦合作用是一個非常復(fù)雜的動力耦合作用問題．目前主要有兩種考慮流體-結(jié)構(gòu)動力相互作用的方法：附加質(zhì)量法和有限元方法．

2.1 附加質(zhì)量法

跨海橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應(yīng)問題中需要考慮流體-結(jié)構(gòu)的相互作用．目前，國內(nèi)外研究者主要采用簡化或改進(jìn)的莫里森方程來表述水體對橋梁結(jié)構(gòu)的動水壓力作用．Yamada等[16]采用修正莫里森方程計算因海浪引起的動水壓力，對地震和海浪激勵下近海樁柱結(jié)構(gòu)上的動力響應(yīng)進(jìn)行了計算和分析．賴偉等[17]對地震下圓柱形橋墩上的動水壓力，提出了一種半解析半數(shù)值的方法．高學(xué)奎等[18]在簡化的莫里森方程的基礎(chǔ)上，采用附加水質(zhì)量考慮水的影響，提出在抗震設(shè)計時采用相對水深來決定是否需要考慮地震動水壓力．柳春光等[19]對莫里森方程進(jìn)行了修正，并采用Airy波浪理論對某一跨海大橋深水橋墩進(jìn)行地震作用下的非線性動力分析．

橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用時的波動場與莫里森方程基本假設(shè)和水動力要素不符合，目前比較現(xiàn)實的辦法就是搞清楚應(yīng)用莫里森方程計算橋梁結(jié)構(gòu)動水壓力的適用范圍及如何進(jìn)行修正以減少其計算誤差．

2.2 有限元方法

橋梁在地震作用時，下部結(jié)構(gòu)與其接觸的流體之間的運動相互影響，具有典型的流固耦合作用，是一個非常復(fù)雜的動力耦合作用問題．Banerjee 等[20]對處于地震和洪水聯(lián)合作用下的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究．鄭史雄[21]根據(jù)流固耦合作用理論，建立了考慮受周圍水體作用的深水橋墩有限元模型，分析了橋墩在地震激勵下，流固耦合作用對其墩身內(nèi)力和墩頂位移等影響．魏凱等[22]針對橋梁水下樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗研究和數(shù)值模擬，通過二者的互相驗證，更好地了解流固耦合對深水橋梁結(jié)構(gòu)水下樁基礎(chǔ)動力響應(yīng)的作用機理．

流固耦合是處于靜水中橋梁結(jié)構(gòu)在地震激勵下動力響應(yīng)的重要特征，也是該領(lǐng)域應(yīng)用流固耦合力學(xué)的環(huán)節(jié)．

2.3 橋梁水下振動臺試驗研究進(jìn)展

橋梁水下振動臺試驗可以為橋梁結(jié)構(gòu)物理模型理論分析和工程設(shè)計提供可靠的數(shù)據(jù)和信息支撐．賴偉等[23]以平潭海峽大橋引橋橋墩為工程背景，設(shè)計了長度相似比為1/30的試驗?zāi)Ｐ停M(jìn)行了橋梁-樁基礎(chǔ)的水下振動臺試驗．宋波等[24]以南京長江三橋中的橋塔下部結(jié)構(gòu)為工程背景，設(shè)計了幾何比尺為1/50的縮尺模型，進(jìn)行了無水和有水兩種狀態(tài)振動臺試驗．Liu等[25]以杭州灣北航道橋輔助墩墩身及基礎(chǔ)為原型，按照1/32樁的相似比尺設(shè)計樁墩模型，進(jìn)行了深水樁墩結(jié)構(gòu)水下振動臺試驗．

由于水下振動臺的條件限制，截止到目前，水下振動臺試驗研究僅考慮輻射波浪和地震激勵的聯(lián)合作用．

3 跨海橋梁結(jié)構(gòu)考慮地震、波浪、海流作用的研究進(jìn)展

3.1 跨海橋梁結(jié)構(gòu)考慮地震、波浪共同作用的研究進(jìn)展

近幾十年來，國內(nèi)外一些專家學(xué)者對處于水中的海洋結(jié)構(gòu)在地震和波浪聯(lián)合作用下的動力反應(yīng)問題進(jìn)行了一定的研究．Yamada等[26]以Kanai 功率譜模擬強震，Bretschneider能量波譜模擬隨機海浪，采用頻域隨機振動法分析了海洋結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)．Karadeniz[27]采用JONSWAP和P.M表面波譜模擬隨機波浪，采用修正Kanai-Tajiml地震加速度譜模擬隨機地震，分析了三維海洋鋼結(jié)構(gòu)模型在深水波浪環(huán)境下受地震激勵的譜分析．李忠獻(xiàn)等[28]利用輻射波浪理論求解橋墩地震動水壓力，并采用繞射波浪理論考慮波浪作用，對深水橋梁分別進(jìn)行了地震、波浪、地震和波浪聯(lián)合作用下的橋梁動力響應(yīng)分析．

上述文獻(xiàn)對流體影響的簡單化處理，忽略了處于海洋環(huán)境中的橋梁樁基礎(chǔ)由于地震的激勵產(chǎn)生的輻射波浪對繞射波流場的影響．

3.2 跨海橋梁結(jié)構(gòu)考慮地震、波浪和海流共同作用的研究進(jìn)展

深水橋梁群樁基礎(chǔ)浸沒水深達(dá)數(shù)十米，地震作用下橋梁樁基結(jié)構(gòu)在受激振動的同時還要承受波流對其產(chǎn)生的動水壓力的作用．目前研究跨海橋梁結(jié)構(gòu)在地震、波流共同作用下的反應(yīng)文獻(xiàn)很少．陳國興等[29]采用斯托克斯五階波理論，將基于莫里森方程計算所得的波浪力以分布力的形式施加于橋墩之上，分析了考慮波流作用的深水大型群樁橋墩結(jié)構(gòu)非線性地震反應(yīng)特性．Zheng等[30]利用大連理工大學(xué)地震、波浪和海流聯(lián)合模擬試驗系統(tǒng)進(jìn)行了近海風(fēng)力發(fā)電機單樁基礎(chǔ)在波浪和地震聯(lián)合作用下的縮尺模型試驗研究．

深海橋梁的群樁基礎(chǔ)在遭遇地震時，將處于一個由地震激勵產(chǎn)生的輻射波浪、繞射波浪和海流組合成的綜合波流場．大連理工大學(xué)地震、波浪和海流聯(lián)合模擬試驗系統(tǒng)為地震、波浪和海流環(huán)境下橋梁結(jié)構(gòu)物理模型試驗研究可行性提供了技術(shù)支持．

3.3 跨海橋梁結(jié)構(gòu)上地震動水壓力、波浪力和波流力計算方法研究進(jìn)展

海洋結(jié)構(gòu)波浪力和動水壓力因結(jié)構(gòu)尺度的大小不同受力特性也不同．本文對此領(lǐng)域的計算方法進(jìn)行歸納總結(jié)．

3.3.1 小尺度樁柱結(jié)構(gòu)上波浪力、動水壓力和波流力計算 對于小直徑樁柱上所受波浪力和動水壓力，普遍采用莫里森方程或修正莫里森方程進(jìn)行計算．

(1)作用于小直徑樁柱上的波浪力

ρπD24u．．+CmρπD24(u．．-x．．)+

F=

12CdρD(u．-x．)u．-x．

(1)

式中：

x．．

和

x．

分別為結(jié)構(gòu)的相對加速度和速度，ρ為水的密度，D為樁直徑，Cm為附加質(zhì)量系數(shù)，Cd為阻力系數(shù)，

u．．

和

u．

分別為流體質(zhì)點水平運動加速度和速度．

(2)作用于小直徑樁柱上的動水壓力

當(dāng)處于靜水中的小尺度樁柱在地震作用下沿水平方向運動時，由于莫里森方程假定樁柱存在不影響原有波浪場的運動，結(jié)構(gòu)運動不會改變原有水的狀態(tài)，即式(1)中的

u．．

=

u．

=0．地震作用時，樁柱上所受的動水壓力為

P=-CmρπD24x．．-12CdρDx．x．

(2)

一般情況下，式(2)中的附加慣性力與動水阻力相比較大，可以忽略阻力項．

(3)小直徑樁柱上的波浪和地震聯(lián)合作用力

當(dāng)?shù)卣鹋c波浪、海流聯(lián)合作用時，流體與結(jié)構(gòu)相互作用，在這種情況下，莫里森波浪力的計算應(yīng)考慮流體與結(jié)構(gòu)的相對運動．因此，小直徑樁柱上波浪和地震聯(lián)合作用力為

ρπD24u．．+CmρπD24[u．．-(x．．g+x．．)]+

F=

12CdρD[u．-(x．g+x．)]u．-(x．g+x．)

(3)

式中：

x．．

g和

x．

g分別為地面加速度和速度．

小直徑樁柱上地震和波流聯(lián)合作用力為

ρπD24u．．+CmρπD24[u．．-(x．．g+x．．)]+

12CdρD[u．+u．c-(x．g+x．)]×

F=

u．+u．c-(x．g+x．)

(4)

式中：

u．

c為海流沿水平方向的速度．

3.3.2 大尺度樁柱結(jié)構(gòu)上波浪力和動水壓力計算 近海結(jié)構(gòu)中除樁基外，一般尺度都較大，波浪力中的慣性部分與黏性阻力部分相比較大，結(jié)構(gòu)的存在將對入射波浪產(chǎn)生較大的不可忽略的影響．

(1)直立圓柱波浪力計算

對于大尺度柱結(jié)構(gòu)，在實際工程中通常采用MacCamy基于繞射理論得到波浪繞射的解析解，為了方便起見，也可以改寫成和莫里森方程中水平慣性力項同樣的形式：

F=C′mρπD24u．．

(5)

式中：C′m為等效質(zhì)量系數(shù)．

(2)直立圓柱動水壓力計算

目前大尺度直立圓柱動水壓力計算主要利用輻射波浪理論求解，賴偉[31]采用輻射波浪理論對圓形橋墩上的動水壓力提出一個半解析半數(shù)值方法．

(3)截斷圓柱波浪力計算

波浪關(guān)于截斷圓柱的繞射，Garret通過分區(qū)離散和邊界匹配的方法得到了解析解．

(4)截斷圓柱動水壓力計算

Wiliams等利用特征函數(shù)展開和匹配漸進(jìn)法對輻射波浪場速度勢求解，提出了截斷圓柱動水壓力的求解方法．

跨海橋梁下部結(jié)構(gòu)多采用群樁和承臺組合形式，群樁上的波浪力和動水壓力可以采用3.3.1方法，承臺上的波浪力和動水壓力研究文獻(xiàn)還較少．群樁和承臺之間波動場的相互影響較復(fù)雜，目前還沒有此方面的研究文獻(xiàn)．

4 結(jié) 語

國內(nèi)外對有關(guān)跨海大橋承受波浪、海流、地震等隨機荷載作用已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的試驗和理論研究，并在一些橋梁工程抗震設(shè)計中得到了參考和應(yīng)用．由于跨海橋梁所處的海洋環(huán)境的復(fù)雜和惡劣性，尚有許多問題待解決，需要開展以下幾方面研究：

(1)發(fā)展有效的跨海大橋群樁-承臺組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)波流力數(shù)值模擬技術(shù)和理論研究．

(2)流固耦合法在深水橋梁地震激勵下的動力響應(yīng)研究方面還需要完善控制方程選擇、網(wǎng)格運動的控制、地震動初始條件的確定、流固耦合算法的選定問題．

(3)進(jìn)行跨海橋梁在地震、波浪和海流多重激勵作用下的動力試驗，為近海橋梁在地震、波浪和海流多種自然荷載聯(lián)合作用下的理論研究提供可靠的數(shù)據(jù)和信息支撐．

[1] MORISON J R, JOHNSON J W, SCHAAF S A,etal. The force exerted by surface waves on piles [J]. Journal of Petroleum Technology, 1950, 2(5):149-154.

[2] WOLFRAM J, NAGHIPOUR M. On the estimation of Morison force coefficients and their predictive accuracy for very rough circular cylinders [J]. Applied Ocean Research, 1999, 21(6):311-328.

[3] 任佐皋. 波-流場中孤立樁柱上作用力系數(shù)的研究[J]. 海洋學(xué)報, 1985, 7(4):503-512.

REN Zuogao. Hydrodynamic coefficients for a isolated pile due to combined wave and current [J]. Acta Oceanologica Sinica, 1985, 7(4):503-512. (in Chinese)

[4] 李玉成,張春蓉. 規(guī)則波和水流共同作用下圓柱受力的研究[J]. 水動力學(xué)研究與進(jìn)展, 1990, 5(2):58-68.

LI Yucheng, ZHANG Chunrong. Force on cylinder coexisting field of regular waves and currents [J]. Journal of Hydrodynamics, 1990, 5(2):58-68. (in Chinese)

[5] 李玉成,葉正凡. 不規(guī)則波和流作用于圓柱上的正向力及橫向力[J]. 海洋學(xué)報, 1991, 13(6):849-859. LI Yucheng, YE Zhengfan. Positive force and horizontal force on a circular cylinder due to combined irregular wave and current [J]. Acta Oceanologica Sinica, 1991, 13(6):849-859. (in Chinese)

[6] 李玉成,何 明. 作用于小尺度方柱上的正向波浪力[J]. 海洋學(xué)報, 1996, 18(3):107-120.

LI Yucheng, HE Ming. Wave forces on slender square cylinder [J]. Acta Oceanologica Sinica, 1996, 18(3):107-120. (in Chinese)

[7] 滕 斌,李玉成. 不規(guī)則波流作用下斜樁上受力系數(shù)的確定方法[J]. 大連理工大學(xué)學(xué)報, 1990, 30(6):715-722.

TENG Bin, LI Yucheng. Determination of force coefficients of inclined cylinder in irregular wave and current field [J]. Journal of Dalian University of Technology, 1990, 30(6):715-722. (in Chinese)

[8] 李玉成,康海貴,費勤浩. 規(guī)則波作用下傾斜樁柱的受力研究[J]. 水動力學(xué)研究與進(jìn)展, 1992, 7(1):85-100.

LI Yucheng, KANG Haigui, FEI Qinhao. Wave forces on inclined cylinder in regular waves [J]. Journal of Hydrodynamics, 1992, 7(1):85-100. (in Chinese)

[9] SUNDAR V, VENGATESAN V, ANANDKUMAR G,etal. Hydrodynamic coefficients for inclined cylinders [J]. Ocean Engineering, 1998, 25(4/5):277-294.

[10] CHAKRABARTI S K. Hydrodynamic coefficients for a vertical tube in an array [J]. Applied Ocean Research, 1981, 3(1):2-12.

[11] 李玉成,王鳳龍,王洪榮. 作用于并列雙樁樁列上的波流力[J]. 海洋學(xué)報, 1992, 14(2):106-121.

LI Yucheng, WANG Fenglong, WANG Hongrong. Wave-current forces on two-pile in paratactic [J]. Acta Oceanologica Sinica, 1992, 14(2):106-121. (in Chinese)

[12] 李玉成,王鳳龍. 作用于串列雙樁樁列上的波流力[J]. 水動力學(xué)研究與進(jìn)展, 1992, 7(2):141-149. LI Yucheng, WANG Fenglong. Wave-current forces on two-pile in series [J]. Journal of Hydrodynamics, 1992, 7(2):141-149. (in Chinese)

[13] 蘭雅梅,劉 樺,皇甫熹,等. 東海大橋橋梁樁柱承臺水動力模型試驗研究——第二部分:作用于群樁及承臺上的波流力[J]. 水動力學(xué)研究與進(jìn)展, 2005, 20(3):332-339.

LAN Yamei, LIU Hua, HUANG Fuxi,etal. Experimental studies on hydrodynamic loads on piles and slab of Donghai bridge-Part Ⅱ: Hydrodynamic forces on pile array and slab in wave-current combinations [J]. Journal of Hydrodynamics, 2005, 20(3):332-339. (in Chinese)

[14] 潘軍寧,王登婷. 杭州灣大橋工程橋梁基礎(chǔ)波流力模型試驗研究報告[R]. 南京:南京水利科學(xué)研究院, 2003.

PAN Junning, WANG Dengting. Experimental study report of hydrodynamic loads on the Hangzhou bay bridge foundation [R]. Nanjing: Nanjing Hydraulic Research Institute, 2003. (in Chinese)

[15] 王登婷,潘軍寧. 港珠澳大橋橋梁基礎(chǔ)波流力試驗專題研究報告[R]. 南京:南京水利科學(xué)研究院, 2009.

WANG Dengting, PAN Junning. Experimental study report of hydrodynamic loads on the HK-Zhuhai-Macao bridge foundation [R]. Nanjing: Nanjing Hydraulic Research Institute, 2009. (in Chinese)

[16] YAMADA Y, IEMURA Y, KAWANO K,etal. Seismic response of offshore structures in random seas [J]. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1989, 18(7):965-981.

[17] 賴 偉,王君杰,胡世德. 地震下橋墩動水壓力分析[J]. 同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2004, 32(1):1-5.

LAI Wei, WANG Junjie, HU Shide. Earthquake induced hydrodynamic pressure on bridge pier [J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2004, 32(1):1-5. (in Chinese)

[18] 高學(xué)奎,朱 晞. 地震動水壓力對深水橋墩的影響[J]. 北京交通大學(xué)學(xué)報, 2006, 30(1):55-58.

GAO Xuekui, ZHU Xi. Hydrodynamic effect on seismic response of bridge pier in deep water [J]. Journal of Beijing Jiaotong University, 2006, 30(1):55-58. (in Chinese)

[19] 柳春光,齊 念. 考慮流固耦合作用的深水橋墩地震響應(yīng)分析[J]. 防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報, 2009, 29(4):433-437.

LIU Chunguang, QI Nian. Seismic response analysis of piers in deep water considering fluid-structure interaction [J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, 2009, 29(4):433-437. (in Chinese)

[20] BANERJEE S, PRASAD G G. Analysis of bridge performance under the combined effect of earthquake and flood-induced scour [C] // Vulnerability, Uncertainty, and Risk: Analysis, Modeling, and Management — Proceedings of the ICVRAM 2011 and ISUMA 2011 Conferences. Reston: ASCE, 2011:889-896.

[21] 鄭史雄. 深水橋墩考慮液固相互作用的地震反應(yīng)分析[J]. 橋梁建設(shè), 1998(1):52-54.

ZHENG Shixiong. The effects of the fluid-structure interaction seismic response of bridge piers [J]. Bridge Construction, 1998(1):52-54. (in Chinese)

[22] 魏 凱,袁萬城. 深水高樁承臺基礎(chǔ)地震動水效應(yīng)數(shù)值解析混合算法[J]. 同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2013, 41(3):336-341, 396.

WEI Kai, YUAN Wancheng. A numerical-analytical mixed method of hydrodynamic effect for deep-water elevated pile cap foundation under earthquake [J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2013, 41(3):336-341,396. (in Chinese)

[23] 賴 偉,王君杰,韋 曉,等. 橋墩地震動水效應(yīng)的水下振動臺試驗研究[J]. 地震工程與工程振動, 2006, 26(6):164-171.

LAI Wei, WANG Junjie, WEI Xiao,etal. The shaking table test for submerged bridge pier [J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2006, 26(6):164-171. (in Chinese)

[24] 宋 波,張國明,李 悅. 橋墩與水相互作用的振動臺試驗研究[J]. 北京科技大學(xué)學(xué)報, 2010, 32(3):403-408.

SONG Bo, ZHANG Guoming, LI Yue. Shaking table test of pier-water interaction [J]. Journal of University of Science and Technology Beijing, 2010, 32(3):403-408. (in Chinese)

[25] LIU Chunguang, SUN Guoshuai. Calculation and experiment for dynamic response of bridge in deep water under seismic excitation [J]. China Ocean Engineering, 2014, 28(4):445-456.

[26] YAMADA Y, KAWANO K, IEMURA H,etal. Wave and earthquake response of offshore structures with soil-structure interaction [J]. Doboku Gakkai Rombun-Hokokushu / Proceedings of the Japan Society of Civil Engineers, 1988 (398 pt I-10):157-166.

[27] KARADENIZ H. Spectral analysis of offshore structures under combined wave and earthquake loadings [J]. Proceedings of the International Offshore and Polar Engineering Conference, 1999, 4:504-511.

[28] 李忠獻(xiàn),黃 信. 地震和波浪聯(lián)合作用下深水橋梁的動力響應(yīng)[J]. 土木工程學(xué)報, 2012, 45(11):134-140.

LI Zhongxian, HUANG Xin. Dynamic responses of bridges in deep water under combined earthquake and wave actions [J]. China Civil Engineering Journal, 2012, 45(11):134-140. (in Chinese)

[29] 陳國興,白德貴,王志華. 考慮波流影響的深水群樁基礎(chǔ)橋墩地震反應(yīng)分析[J]. 地震工程與工程振動, 2008, 28(5):170-177.

CHEN Guoxing, BAI Degui, WANG Zhihua. Seismic response analysis of large scale bridge pier supported by pile foundation considering the effect of wave and current action [J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2008, 28(5):170-177. (in Chinese)

[30] ZHENG Xiangyuan, LI Hongbin, RONG Weidong,etal. Joint earthquake and wave action on the monopile wind turbine foundation:An experimental study [J]. Marine Structures, 2015, 44:125-141.

[31] 賴 偉. 地震和波浪作用下深水橋梁的動力響應(yīng)研究[D]. 上海:同濟大學(xué), 2004.

LAI Wei. Dynamic response of earthquake and wave action under deep water bridge [D]. Shanghai: Tongji University, 2004. (in Chinese)

Research progress of sea-crossing bridge structure considering action of earthquake, wave and current

LIU Chunguang*1,2, ZHANG Shibo1

( 1.Institute of Earthquake Engineering, Faculty of Infrastructure Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China； 2.State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China )

With the rapid development of economic construction in our country, large sea-crossing bridge engineering structures have emerged in recent decades. In service period, the sea-crossing bridge may also undergo the united excitation of the wind, wave, current and sea ice, tidal and earthquake, etc.. However, almost few theoretical, numerical and experimental studies on these aspects exist. Firstly, the theoretical, numerical and experimental research and progress of sea-crossing bridge structures under the separate or joint action of waves, currents, earthquake are summarized. Then, the development of the research of the bridge structure underwater shaking table test considering the wave and current action in the future is prospected.

sea-crossing bridge; wave-current forces; dynamic water pressure; liquid-solid coupling; underwater shaking table

1000-8608(2017)01-0105-06

2016-05-26；

2016-11-30．

“九七三”國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃資助項目(2011CB013605-4)；國家自然科學(xué)基金資助項目(51678107)；遼寧省優(yōu)秀人才基金資助項目(2014020012)；高等學(xué)校博士學(xué)科點博導(dǎo)專項科研基金資助項目(20130041110036).

柳春光*(1964-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail:liucg@dlut.edu.cn；張士博(1978-)，男，博士生，E-mail:drzhang0102-@163.com.

TU318.1

A

10.7511/dllgxb201701015

資深教授學(xué)術(shù)論文專欄