本文以杭州湾跨海大桥南岸超长栈桥为工程背景,针对在恶劣环境条件下,尤其是在海洋环境条件下修建临时栈桥所面临的难题,如栈桥设计标准的确定,风、浪、流等环境作用计算方法的选取,对栈桥工程中常用的开口钢管桩的竖向承载力计算和栈桥的水平极限承载力分析等问题,进行了较为系统的研究。本文的研究成果均已在杭州湾大桥南岸超长栈桥得到成功地应用,对类似的重要临时工程的设计具有直接的参考价值。(1)栈桥的设计标准研究栈桥设计应主要遵循“安全”、“适用”和“经济”的总原则,为满足这一总原则,提出了栈桥设计的三水准设防思想。即根据工作环境出现概率的不同,将栈桥的状态分为“工作状态、非工作状态、灾难状态”三种设计状态,对三种状态提出了“工作状态不坏、非工作状态可修、灾难状态不倒”的三水准设防标准。通过赋予不同的设计标准和设防标准,从而使得栈桥在具有更高的抵御灾害能力的同时,实现其经济性。本文在栈桥设计中引入风险分析法,在依据基本工程数据及经济损失假定的基础上,得出栈桥环境作用的最优重现期。(2)杭州湾风、浪、流特点及其作用力计算海洋环境下的风、浪、流荷载取值是跨海大桥建设中的特殊问题。风、浪、流荷载均为随机荷载,有其统计特征,同时它们对结构的作用机理也比较复杂,使得准确计算难度较大。为此,本文从工程应用的角度,对风、浪、流的机理、荷载计算方法和参数取值进行了介绍和评述。(3)开口钢管桩竖向承载力研究针对目前常用的桩基规范在计算水下开口钢管桩竖向承载力中,其计算结果一般均大于实际的竖向承载力的情况,在一些研究的基础上,对开口钢管桩的竖向承载力做进一步的研究,分析了桩内土芯的力学特性,提出了“有效土塞高度”这一概念,研究了闭塞效应对端阻力的影响,推导出物理概念明确,易于理解的计算公式。(4)栈桥水平极限承载力研究本文先对目前的桩基水平承载力计算方法进行评述,对杭州湾栈桥进行了考虑桩土相互作用非线性的数值模拟,研究桩顶位移随荷载的变化规律,提出极限状态的判定准则,进行水平极限承载力分析,进而进行栈桥结构安全度的评价。(5)杭州湾栈桥深水区段方案设计与安全评价具体应用了以上的研究成果,进行了杭州湾栈桥深水区段的方案设计,详细介绍了栈桥方案比选过程。