星海湾近海桥墩动力响应分析

发布时间：2020-10-30 02:33

　　随着我国运输业的迅猛发展,桥梁工程已成为交通发展的枢纽。近年来,近海桥梁在多地得以推广和建设。近海桥梁多数处于深水区域,复杂的海洋环境对桥墩的冲击直接影响桥梁的安全状况和使用寿命。大连星海湾大桥作为国内知名的近海大桥,桥墩长期处于深水水域中,受波浪、地震影响严重,对其进行动力响应分析具有重要的工程价值与研究意义。本文以星海湾大桥桥墩为研究对象,结合动力学原理、地震理论和波浪理论,进行数值模拟分析,探讨该桥墩分别在地震和波浪作用下的动力响应,并对数值结果进行对比分析,探讨了相关因素的影响。主要内容包含以下几个方面:1、建立了桥墩数值分析模型,进行模态分析。依据星海湾大桥桥墩实际工程数据,建立比较符合实际工况的桥墩有限元分析模型,进行模态分析,得到桥墩的频率、振型等基本的动力特性参量。2、基于地震理论,考虑地震作用,进行桥墩地震响应分析。利用动态时程法对桥墩进行地震响应分析,分别讨论了 Koyna地震波和EL-centro地震波两种不同的地震波,分析在不同地震动峰值加速度情况下桥墩地震动力响应,得到相应的地震响应规律。3、基于波浪理论,考虑波浪力作用,开展桥墩和波浪的流固耦合分析。建立桥墩和波浪流固耦合分析有限元数值模型,运用明渠法构造波浪,分别讨论了不同的波浪类型、波高、波长等因素对桥墩动力响应的影响,并对其影响规律进行了对比分析。通过对星海湾大桥桥墩进行地震效应以及桥墩波浪流固耦合动力响应分析,得到地震和波浪的诸多因素对桥墩的影响规律,对其它工程实际具有一定的参考和借鉴意义。
【学位单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U443.22
【部分图文】：

事故图,铁路大桥,桥墩

成了不同程度的破坏１２］；?２００４年因印尼海啸而引发的巨浪，摧毁了东南亚地区多国的诸??多桥梁工程［３］；?２００１年石亭铁路大桥被洪水产生的波浪冲断，使得铁路交通运输产生极??大困难１４］（如图１．２）。研究分析波浪对桥墩的动力响应，保证桥墩的正常使用具有重要??的现实意义。??图１．２石亭铁路大桥事故图??Ｆｉｇ．?１．２?Ａｃｃｉｄｅｎｔ?Ｍａｐ?ｏｆ?Ｓｈｉｔｉｎｇ?Ｒａｉｌｗａｙ?Ｂｒｉｄｇｅ??跨海大桥桥墩长期处于复杂的海洋环境中，经常遭受到不同形式的冲击，其中地震??和波浪是危害桥墩使用状况的主要因素之一。当波浪撞击桥墩时会产生相当大的波浪冲??击力，当冲击力到达一定程度会造成桥墩破坏。当近海岸发生地震时，海底产生强烈振??动，会使桥墩及上部结构发生强迫振动，可能会对桥梁工程产生破坏性影响。大连星海??湾大桥作为国内知名的近海大桥，桥墩长期处于深水之中，受波浪、地震作用很是常见，??对其进行波浪、地震动力响应分析，具有重要的现实意义与研究参考价值。??１．２桥墩动力分析研究现状??１．２．１桥墩波浪力研究概况??对于深水桥墩，波浪作用是其重要的冲击载荷之一，相关学者对其进行了很多研宄。??针对波浪因素，对相关文献进行了归纳和总结，主要包括工程中常用的波浪理论、波浪??的模拟以及桥墩波浪力的研究与分析三个方面。??目前工程中常用的波浪理论有四种：线性（Ａｉｒｙ）波浪理论、Ｓｔｏｋｅｓ波浪理论、椭??圆余弦波浪理论和孤立波浪理论［５

示意图,圆柱坐标,示意图,傅里叶系数

形式展开为Ｂｅｓｓｅｌ函数的级数形式为：??＾?＝?ＡＡ?（峰。ｓＭＶｍ＜ＯＯＳ１?Ｉ?ｊｊｊ??，当ｗ?＝?〇时，九＝ｉ；当”ｐｉ时，久＝２／＂’；函数。该方程满足自由面和水底条件及Ｌａｐｌａｃｅ。??同样可以表达，为了满足ｓｕｍｍｅｒｆｉｅｌｄ条件示展开式中傅里叶系数与ｒ的关系。而要满足，由此〇＾求解式为：??〇Ｄ?（斤）ｃ〇ｓ（Ｍ），２．７９求得，将式２．８１和式２．８２代入式２．７９，Ｍｋ〇ｌ

立面图,立面图,桥墩