波浪对桥墩动力作用机理及数值模拟

发布时间：2020-01-23 17:31

【摘要】：深水桥墩长期承受着波浪的直接威胁,尤其是在极端恶劣的波浪作用下,波浪剧烈的冲击力可能直接导致桥梁坍塌破坏。同时,随着水深增加,桥墩的自振频率减小并接近波浪入射频率,桥墩容易被波浪所激发,引起共振响应,导致结构物严重破坏,造成巨大经济损失和人员伤亡。本论文通过数值模拟方法,基于波浪理论,开展波浪对水深桥墩动力响应课题研究,对深水桥梁工程设计和工程建设有着重要理论指导意义和工程应用价值。本论文主要工作如下：1.论述了论文的研究意义,介绍了国内外针对深水结构物波浪力计算的研究现状和进展,归纳了相关的波浪理论及其数值模拟方法。2.利用MATLAB软件,实现波浪波面升高时程模拟以及小直径墩柱、大直径墩柱的波浪力计算,并分析其影响因素。使用ADINA软件进行了波浪传播的二维分析,探究了如何尽量减小波浪传播过程中波高衰减的方法,并对造波速度、水深与波浪元素的关系进行了研究。3.建立实例桥梁的桥墩及整桥模型,通过ANSYS软件对其进行自振特性的分析,得到桥墩与整桥模型的固有频率及模态振型。经过公式推导,计算桥墩及整桥模型在波浪载荷下的动力响应,分别从时域和频域对计算结果进行分析。4.分析了水流对圆形墩柱的作用,介绍了桥墩绕流与涡激振动现象；基于ADINA软件,分别从二维和三维的角度完成对圆形墩柱的绕流模拟仿真,分析了流速、水深等因素对墩柱绕流动力响应的影响,并模拟分析了群桩效应。5.建立圆形墩柱、实例桥墩模型,完成了单独波浪、波流联合作用下结构的动力响应分析,总结波浪、波流联合作用下桥墩的响应特点。
【图文】：

曲线,有限水深,偏导,水质点

ｇＴ＇逡逑则＝逦通过计算，，纵坐标）与Ｉ邋（横坐标）的关系曲线如图２－４所示。逡逑４．邋５邋ｒ逡逑４邋－逦Ｚ逡逑３．邋５逦－逡逑２．邋５逦－逦NB；＾？逡逑ｋｈ逡逑２逦“逦逦浅水区逡逑—逦逦逦逦；笼水区逡逑。“逦逦有限水深逡逑１逡逑０．邋５逦－邋，ｚＺ逡逑Ｑ逦Ｌ逦Ｉ逦ｉ逦Ｉ逦ｉ逦ｔ邋逦逦Ｉ逡逑０逦０．邋０２逦０．邋０４逦０．邋０６逦０．邋０８逦０．邋１逦０．邋１２逡逑ｈ／ｇＴ：。逡逑图２＿４关系曲线图逡逑通过对速度势表达式（２－４２）偏导，可以得到近似速度场：逡逑５０邋．邋ｃｈｋ（ｚ邋＋邋ｈ）邋，７邋、逡逑ｕ邋＝——＝Ａｗ逦－ｃｏｓ（ｆｃｃ邋－邋ｗｔ）逡逑ｄｘ逦ｓｈｋｈ逡逑ｖ邋＝邋—邋＝邋Ａｗ邋j#ｚ邋＋邋ｈ）邋ｓｉｎ（ｔ邋＿逦（２－４６）逡逑ｄｚ邋ｓｈｋｈ逡逑水质点的水平加速度为：逡逑ｄｕ邋２ｎ＾Ｈ邋ｃｈｋｚ邋．逡逑＝—＝——ｒ逦ｓｉｎ（ｆｃｃ邋－邋ｗｔ）逦（２－４７）逡逑文邋ｄｔ逦ｓｈｋｈ逡逑

水质点,运动轨迹

＋；０，ｂ“焉：ｈ＞＞。由式可知，流体质点轨迹为椭圆往复运动，逡逑ｓｈｋｈ逦ｓｈｋｈ逡逑在水面处Ｚ＞邋＝」，ａ邋＝邋０，在水底处ａ邋＝」，６邋＝邋０。图２－５表征了不同水深下水质点运动轨迹，逡逑由图可见，浅水波水质点的运动轨迹最为扁平；随水深增加，其圆形运动轨迹半径呈逡逑现指数衰减，波浪动能传递到静水面下约半个波长处。逡逑赁０邋Ｉ逡逑Ｉ＿Ｉ邋Ｏ逦？逡逑ｊＣ：逦；逦？丨逡逑Ｉ邋Ｉ逦Ｑ逦“逡逑：逦‘逦ｃ：逡逑／／／／／／／／／／／／邋／／／）／／／、／／／／／邋／／／／／／／／／／／／逡逑（ａ）浅水逦（ｂ）有限水深逦（ｃ）深水逡逑图２－５水质点运动轨迹逡逑２．２．５邋Ｓｔｏｋｅｓ邋波理论逡逑Ｓｔｏｋｅｓ波理论，又称有限振幅的势波理论，是一种典型的非线性波理论，由Ｓｔｏｋｅｓ逡逑
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U443.22;U442.3

【参考文献】