近海岸桥梁面临海岸带环境中复杂的动力作用，这些动力作用一般包括风、波浪、潮汐和洋流等。风暴潮与波浪的联合作用往往使得跨海桥梁周围水位升高，波浪越顶，潮流紊乱，产生冲刷等，这些自然条件给桥梁的安全性带来巨大的隐患。我国跨海桥梁的兴建方兴未艾，近海岸桥梁的设计与建造必须考虑到海岸带可能发生的最恶劣情况，否则将会造成严重的灾难性事故。因此开展近海岸桥梁在极端波浪荷载作用下毁坏形式和机理的研究已成为急需解决的关键课题。 该项目采用数值仿真和水槽模型试验相结合的方法，开展近海岸桥梁在极端波浪荷载下毁坏形式和机理的研究。研究中首先引入两相流的概念，建立了基于大涡模拟（LES）和流体体积法（VOF）的三维波浪与结构物相互作用的数学模型,重点将建立高精度自由水面追踪方法与虚拟边界力方法用于准确模拟强非线性破碎波与复杂桥梁结构物的相互作用。通过三维波浪与梁体的相互作用的数值仿真获得梁体所受的瞬时波浪力，结合水槽模型试验结果确定最不利的波浪荷载组合。分析桥梁在波浪荷载作用下的受力特点、最大波浪力随淹没深度变化趋势及梁体周围流场动力特性。在此基础上，通过模拟在极端波浪荷载作用下近海岸桥梁结构失效模式研究桥梁的破坏形式和在海岸灾害中毁坏机理。通过该项目的研究取得如下成果： （1）建立基于大涡模拟和VOF方法的三维波浪与结构物相互作用的数学模型。在结构物边界处理研究中,结合虚拟边界力方法,提出二步边界定位法,实现流体与复杂结构物边界的精确模拟，并进一步针对三维波浪与复杂构形桥梁结构的相互作用进行计算程序的开发和应用研究,分析在三维波浪作用下,桥梁梁体所受的波浪力特点和梁体周围流场分布特性，为近海岸桥梁的抗波浪力和稳定性设计提供重要的理论依据和技术支撑。 （2）进行一系列的水槽模型试验。模型试验将桥梁高程、淹没深度、波高、规则波和不规则波作为变量进行试验对比，确定最不利的波浪荷载组合，分析桥梁在波浪荷载作用下的受力特点、最大波浪力随淹没深度变化趋势，研究极端波浪荷载作用下近岸桥梁结构失效模式和毁坏机理。 （3）通过三维波浪与桥梁相互作用仿真研究获得瞬时的梁体所受波浪荷载，结合水槽模型试验，深入开展近海岸桥梁在极端波浪荷载下毁坏形式和机理的研究，为近海岸桥梁的设计和施工提供必要的理论基础和技术支撑。这对进一步提高近海岸桥梁设计精细化研究，增强结构安全性和可靠性具有重要意义。 2100433B