浮动式防波堤与摩擦橡胶支座协同作用下箱梁海岸桥梁的聚焦波浪效应减缓研究

这篇综述通过OpenFOAM建立流体-结构相互作用（FSI）模型，系统研究了浮动式防波堤（弹性系泊约束）与摩擦接触型弹性阻尼橡胶支座（frictional rubber bearings）对箱梁海岸桥梁在极端波浪（如聚焦波focused waves）作用下的灾变减缓机制。研究揭示了双倾斜+垂直张紧系泊组合的浮动式防波堤具有最优波浪耗散效果（水平衰减率35.72%，垂直40.23%），为深水高潮差环境下海岸桥梁安全设计提供了新思路。

　　

Highlight

本研究基于OpenFOAM构建了箱梁上部结构与浮动式防波堤的流体-结构相互作用（FSI）模型，通过悬链式弹性系泊系统实现防波堤在流体动力下的三维运动（水平/垂直/扭转）。与现有FSI实验数据对比验证了模型精度，揭示了极端波浪条件下海岸桥梁上部结构的荷载机制与灾变减缓策略。

Computational fluid dynamics fluid-structure interaction model

采用基于有限体积法（FVM）的OpenFOAM开源平台，结合SST k-ω湍流模型模拟气-水两相不可压缩粘性流体。控制方程包括连续性方程?·U=0与动量方程?ρU/?t+?·(ρUU)=-?P+σk?α+?·τ+ρg，其中U为流速矢量，ρ为密度，P为压力，τ为粘性应力张量。

Verification of the catenary

表1显示浮动式防波堤与悬链系泊的详细参数。在d=0.5m、H=0.12m、T=1.6s的二维规则波条件下，图5对比了防波堤水平/垂直位移及旋转角的数值模拟与实验数据（Wu et al., 2022），验证了弹性系泊动态响应的可靠性。

Impact of focused wave height

通过改变聚焦波高（表2参数），分析箱梁波力与动力响应规律。表3显示波高与箱梁运动状态的关联，图9时序图揭示了波高增大导致橡胶支座约束力非线性增长的现象。

Research on fluid-structure interaction of box girders with friction contact type elastic damping rubber bearings

基于波力、位移、转角及橡胶支座约束力的多参数分析，阐明了波高、聚焦位置、淹没深度等对摩擦接触型弹性阻尼橡胶支座的灾变机制，并构建了浮动式防波堤-系泊-箱梁的多结构耦合模型。

Conclusions

研究证实：双倾斜+垂直张紧系泊的浮动式防波堤具有最优波浪耗散性能（水平衰减35.72%，垂直40.23%），摩擦接触型橡胶支座能有效抑制箱梁位移。该成果为海岸桥梁在极端波浪下的韧性设计提供了理论支撑。