深水高墩桥梁流固耦合数值模型与非线性地震响应研究
发布时间：2021-10-28 15:36
随着我国基础建设重心逐步往西部地区推进,许多跨越山区谷地、大坝水库的深水桥梁已经建成或已在建;而我国西部因为山高水急、处于地震带等较差的地理条件,导致该区域深水桥梁的设计处于困难与挑战并存的境地。近些年针对流固耦合的研究表明,水的作用会对结构的地震响应带来不可忽视的影响,然而国际上针对深水桥梁的流固耦合抗震研究不多,我国在该方面的研究更是处于初级阶段。面对该事实,本文结合已有研究基础,先对流固耦合作用下深水桥梁空心高墩结构进行了试验及数值模拟分析;然后,在试验及数值结果的基础上,进行大跨度深水高墩桥梁的流固耦合抗震分析、流固耦合碰撞及流固耦合墩柱非线性地震响应分析,得到流固耦合效应影响下,结构地震响应的一般性变化规律。本文的主要研究工作如下所述:（1）总结深水桥梁的流固耦合问题研究现状,了解大跨桥梁的碰撞效应及墩体非线性状态下的地震响应研究,对本文研究内容进行深入分析和尝试,为进一步的研究工作打好基础。（2）设计水箱以及群桩基础-空心高墩结构试验模型,进行深水空心墩缩尺模型的水箱模态试验;考虑仅外水、仅内水、内外水三种工况并考虑墩顶质量0kg、11.4kg、23.4kg及31.7kg,...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地震中受损的桥梁
10全桥结构在考虑墩底屈服情况下地震响应随水位的变化规律。第6章：对全文所做工作进行总结，归纳工作中所得到的一般性结论，并对研究中的不足之处进行展望，期望在未来的研究中能够完善本次的研究工作，为大跨深水高墩桥梁的抗震设计做出贡献。1.5技术路线本文采取试验测试与数值分析相验证的方法，先对单墩结构进行试验测试与数值分析，通过两者相互验证确定数值方法的可靠性，进而在验证基础上通过完全数值的方法展开全桥流固耦合及流固耦合非线性分析，本文的研究路线和流程具体如图1.2所示：单墩结构试验与数值分析空心墩空心墩水箱模态试验空心墩数值模拟分析验证单墩结构在不同水深下流固耦合动力特性变化规律地震作用下全桥流固耦合碰撞效应分析全桥碰撞地震响应分析全桥流固耦合碰撞地震响应分析全桥在流固耦合碰撞作用下地震响应随水位变化规律地震作用下全桥流固耦合墩体非线性分析单墩流固耦合非线性地震响应分析全桥流固耦合非线性地震响应分析全桥在墩柱非线性情况下流固耦合地震响应随水位变化规律流固耦合作用对桥梁动力响应影响的一般规律动力响应分析动力特性分析深水高墩桥梁流固耦合动力响应分析弹性状态下深水桥梁流固耦合效应分析非线性状态下流固耦合效应分析图1.2研究流程图
13力特性不产生影响，具体分析见2.5.2节。最终确定的尺寸为：箱底长1.8m，宽1.4m；箱顶长2.4m，宽1.4m；水箱高度为1.8m。水箱整体呈现倒梯台结构，倾斜角为80°，取该形式的结构是考虑反射波对结构的影响，张详和朱士东针对波浪反射系数的研究表明[86]，通过设置坡度比，可有效减小波浪反射影响。（a）水箱正视图（b）水箱三维图图2.1水箱结构外观情况水箱四周采用6mm厚的钢板焊接，箱底则采用22mm厚的钢板焊接；为保证水箱的刚度，水箱四周以及底部均布置网状加劲肋进行加劲处理，加劲肋与底板、侧板均采用双面连续焊接，并且箱底外侧还焊接了两根I16的标准工字钢，该工字钢用于与水箱底座混凝土基坑连接，工字钢埋入基坑内的高度为90mm。钢材均采用密度为7850kg/m3，弹性模量为210GPa的Q235钢材。水箱内部如图2.2所示，水箱底部焊接了一块钢板，钢板上预制了12个螺栓，期望通过螺栓连接固定试验模型并方便模型的拆卸；钢板长0.5m×宽0.4m×厚0.04m，通过单面连续焊接于水箱底板上。水箱内部的焊接缝尽量光滑，最大程度规避焊接缺陷对试验结果造成的影响。在水箱的外侧板底部设计一排水阀门，该阀门用于控制水箱中的水位，并可以将满水状态下的水箱在30分钟内排荆水箱内部及外部用防腐油漆喷涂，防止水将箱体锈蚀而影响其刚度。（a）水箱内部一览（b）结构尺寸图图2.2水箱内部情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]深水桥梁墩水耦合振动试验研究与数值计算[J]. 李乔,刘浪,杨万理. 工程力学. 2016(07)
[2]考虑扭转效应的钢管混凝土纤维梁模型应用研究[J]. 王宇航,聂建国,樊健生. 工程力学. 2014(07)
[3]深水高桩承台基础地震动水效应数值解析混合算法[J]. 魏凯,袁万城. 同济大学学报(自然科学版). 2013(03)
[4]深水桥梁墩-水耦合作用计算模式对比研究[J]. 杨万理,李乔. 世界桥梁. 2012(02)
[5]钢筋混凝土墩柱等效塑性铰长度研究[J]. 孙治国,王东升,郭迅,李晓莉. 中国公路学报. 2011(05)
[6]桥梁群桩基础-水耦合系统动力特性数值模拟[J]. 魏凯,伍勇吉,徐灿,庞于涛,袁万城. 工程力学. 2011(S1)
[7]纤维模型中非线性剪切效应的模拟方法及校核[J]. 杨红,张睿,臧登科,豆德胜. 四川大学学报(工程科学版). 2011(01)
[8]考虑水作用的桥墩自振特性计算方法对比分析[J]. 杨吉新,党慧慧,雷凡. 世界地震工程. 2010(03)
[9]干接缝节段拼装桥墩集中塑性铰模型的地震响应分析[J]. 葛继平,王志强. 工程力学. 2010(08)
[10]水下桥墩结构的振动分析[J]. 杨吉新,雷凡,李昆. 世界桥梁. 2009(03)
博士论文
[1]深水桥梁动水压力分析方法研究[D]. 杨万理.西南交通大学 2012
硕士论文
[1]考虑墩—水耦合作用的桥梁地震反应分析[D]. 叶建.中国地震局工程力学研究所 2013
[2]桥墩与河水流固耦合振动分析[D]. 张敏.大连交通大学 2006
本文编号：3463009
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地震中受损的桥梁
10全桥结构在考虑墩底屈服情况下地震响应随水位的变化规律。第6章：对全文所做工作进行总结，归纳工作中所得到的一般性结论，并对研究中的不足之处进行展望，期望在未来的研究中能够完善本次的研究工作，为大跨深水高墩桥梁的抗震设计做出贡献。1.5技术路线本文采取试验测试与数值分析相验证的方法，先对单墩结构进行试验测试与数值分析，通过两者相互验证确定数值方法的可靠性，进而在验证基础上通过完全数值的方法展开全桥流固耦合及流固耦合非线性分析，本文的研究路线和流程具体如图1.2所示：单墩结构试验与数值分析空心墩空心墩水箱模态试验空心墩数值模拟分析验证单墩结构在不同水深下流固耦合动力特性变化规律地震作用下全桥流固耦合碰撞效应分析全桥碰撞地震响应分析全桥流固耦合碰撞地震响应分析全桥在流固耦合碰撞作用下地震响应随水位变化规律地震作用下全桥流固耦合墩体非线性分析单墩流固耦合非线性地震响应分析全桥流固耦合非线性地震响应分析全桥在墩柱非线性情况下流固耦合地震响应随水位变化规律流固耦合作用对桥梁动力响应影响的一般规律动力响应分析动力特性分析深水高墩桥梁流固耦合动力响应分析弹性状态下深水桥梁流固耦合效应分析非线性状态下流固耦合效应分析图1.2研究流程图
13力特性不产生影响，具体分析见2.5.2节。最终确定的尺寸为：箱底长1.8m，宽1.4m；箱顶长2.4m，宽1.4m；水箱高度为1.8m。水箱整体呈现倒梯台结构，倾斜角为80°，取该形式的结构是考虑反射波对结构的影响，张详和朱士东针对波浪反射系数的研究表明[86]，通过设置坡度比，可有效减小波浪反射影响。（a）水箱正视图（b）水箱三维图图2.1水箱结构外观情况水箱四周采用6mm厚的钢板焊接，箱底则采用22mm厚的钢板焊接；为保证水箱的刚度，水箱四周以及底部均布置网状加劲肋进行加劲处理，加劲肋与底板、侧板均采用双面连续焊接，并且箱底外侧还焊接了两根I16的标准工字钢，该工字钢用于与水箱底座混凝土基坑连接，工字钢埋入基坑内的高度为90mm。钢材均采用密度为7850kg/m3，弹性模量为210GPa的Q235钢材。水箱内部如图2.2所示，水箱底部焊接了一块钢板，钢板上预制了12个螺栓，期望通过螺栓连接固定试验模型并方便模型的拆卸；钢板长0.5m×宽0.4m×厚0.04m，通过单面连续焊接于水箱底板上。水箱内部的焊接缝尽量光滑，最大程度规避焊接缺陷对试验结果造成的影响。在水箱的外侧板底部设计一排水阀门，该阀门用于控制水箱中的水位，并可以将满水状态下的水箱在30分钟内排荆水箱内部及外部用防腐油漆喷涂，防止水将箱体锈蚀而影响其刚度。（a）水箱内部一览（b）结构尺寸图图2.2水箱内部情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]深水桥梁墩水耦合振动试验研究与数值计算[J]. 李乔,刘浪,杨万理. 工程力学. 2016(07)
[2]考虑扭转效应的钢管混凝土纤维梁模型应用研究[J]. 王宇航,聂建国,樊健生. 工程力学. 2014(07)
[3]深水高桩承台基础地震动水效应数值解析混合算法[J]. 魏凯,袁万城. 同济大学学报(自然科学版). 2013(03)
[4]深水桥梁墩-水耦合作用计算模式对比研究[J]. 杨万理,李乔. 世界桥梁. 2012(02)
[5]钢筋混凝土墩柱等效塑性铰长度研究[J]. 孙治国,王东升,郭迅,李晓莉. 中国公路学报. 2011(05)
[6]桥梁群桩基础-水耦合系统动力特性数值模拟[J]. 魏凯,伍勇吉,徐灿,庞于涛,袁万城. 工程力学. 2011(S1)
[7]纤维模型中非线性剪切效应的模拟方法及校核[J]. 杨红,张睿,臧登科,豆德胜. 四川大学学报(工程科学版). 2011(01)
[8]考虑水作用的桥墩自振特性计算方法对比分析[J]. 杨吉新,党慧慧,雷凡. 世界地震工程. 2010(03)
[9]干接缝节段拼装桥墩集中塑性铰模型的地震响应分析[J]. 葛继平,王志强. 工程力学. 2010(08)
[10]水下桥墩结构的振动分析[J]. 杨吉新,雷凡,李昆. 世界桥梁. 2009(03)
博士论文
[1]深水桥梁动水压力分析方法研究[D]. 杨万理.西南交通大学 2012
硕士论文
[1]考虑墩—水耦合作用的桥梁地震反应分析[D]. 叶建.中国地震局工程力学研究所 2013
[2]桥墩与河水流固耦合振动分析[D]. 张敏.大连交通大学 2006
本文编号：3463009
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3463009.html
