深水桥墩流固耦合动力响应分析

发布时间：2022-05-08 08:26

　　近年来,世界各国都在致力完善交通基础设施,修建了一批深水桥梁。由于这类桥梁下部结构的部分甚至全部处于深水中,不但水体本身的存在会对结构自身的动力特性产生影响,进而影响其在地震时的动力响应;而且环境中长期的水流、波浪的共同作用也会对结构的动力响应产生影响。而相关研究目前仍存在不足,其中对于深水空心桥墩的研究则相对较少。因此,开展深水桥墩在地震、水流以及波浪作用下的流固耦合效应研究具有重要的工程应用价值。主要研究内容有:（1）针对实际工程中常用的圆形空心桥墩,根据势流体的有限单元法建立了单墩的流场数值分析模型,进行了不同水深、不同壁厚以及空心桥墩有无内域水的桥墩动力特性以及地震响应分析。分析结果表明:桥墩的自振频率随着水深的增加而降低;桥墩壁厚越薄,自振频率降低更大,且桥墩内域水会加大水深对桥墩自振频率的影响;在地震作用下,桥墩的动力响应会随着水深的增加而增加,且桥墩壁厚越薄和墩内有内域水均会加大水深对桥墩动力响应的影响。（2）建立了墩-波、流场耦合三维数值模型,分别研究了桥墩在水流、波浪作用下的动力响应。分析结果表明:水流流速与波浪波高的增加均会增大桥墩的动力响应;波浪周期的增大会降低桥... 

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 深水桥梁的建设现状
        1.2.1 国外深水桥梁建设现状
        1.2.2 我国深水桥梁建设现状
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 动水效应的研究现状
        1.3.2 波浪理论的研究现状
        1.3.3 波浪、水流以及地震作用的研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第二章 流固耦合基础理论与方法选择
    2.1 水-结构相互作用的分析方法
        2.1.1 Morison方程法
        2.1.2 辐射波浪法
        2.1.3 流体单元法
        2.1.4 方法比较与选择
    2.2 圆形墩柱绕流影响因素
    2.3 波浪概述与理论
        2.3.1 波浪的概述
        2.3.2 线性波浪理论
        2.3.3 斯托克斯波浪理论
        2.3.4 数值造波方法
    2.4 本章小结
第三章 深水空心圆形截面墩地震响应分析
    3.1 计算模型及相应参数
        3.1.1 模型概况
        3.1.2 阻尼参数
        3.1.3 地震波的选取
    3.2 深水空心圆形截面墩自振特性分析
        3.2.1 水深对自振频率的影响
        3.2.2 水域对自振频率的影响
        3.2.3 壁厚对自振频率的影响
    3.3 深水空心圆形截面墩的动力响应分析
        3.3.1 水对桥墩墩顶位移的影响
        3.3.2 水对桥墩墩底剪力的影响
        3.3.3 水对桥墩墩底弯矩的影响
    3.4 本章小结
第四章 水流作用下桥墩的动力响应分析
    4.1 水流作用下圆形实体桥墩动力响应分析
        4.1.1 有限元模型的建立
        4.1.2 桥墩的绕流分析
        4.1.3 不同流速的动力影响分析
        4.1.4 不同水深的动力影响分析
    4.2 水流作用下无内域水的圆形空心桥墩动力响应分析
        4.2.1 有限元模型的建立
        4.2.2 不同流速的动力影响分析
        4.2.3 不同水深的动力影响分析
    4.3 水流作用下有内域水的圆形空心桥墩动力响应分析
        4.3.1 有限元模型的建立
        4.3.2 不同流速的动力影响分析
        4.3.3 不同水深的动力影响分析
    4.4 圆形空心桥墩有无内域水对比分析
    4.5 水流作用下多墩动力响应分析
        4.5.1 有限元模型的建立
        4.5.2 水流作用下多墩动力响应分析
    4.6 本章小结
第五章 波、流联合作用下桥墩的动力响应分析
    5.1 三维数值波浪水槽模拟
        5.1.1 三维数值波浪水槽模型的建立
        5.1.2 三维数值波浪的传播分析
    5.2 波浪作用下无内域水的圆形空心桥墩动力响应分析
        5.2.1 模型的建立
        5.2.2 不同波高
        5.2.3 不同周期
        5.2.4 不同水深
    5.3 波浪作用下有内域水的圆形空心桥墩动力响应分析
        5.3.1 模型的建立
        5.3.2 不同波高
        5.3.3 不同周期
        5.3.4 不同水深
        5.3.5 空心墩有无内域水对比分析
    5.4 波、流联合作用下圆形空心桥墩动力响应分析
        5.4.1 不同波高
        5.4.2 不同流速
        5.4.3 联合作用与单独作用对比分析
    5.5 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于贝叶斯更新的深水桥墩波浪动力响应概率模型[J]. 张家瑞,魏凯,秦顺全.  工程力学. 2018(08)
[2]基于绕射理论的大尺度桥墩波浪力计算方法[J]. 邓莎莎,沈火明,刘浪,唐怀平.  西南交通大学学报. 2018(02)
[3]基于流体单元法的深水圆端型空心桥墩地震响应分析[J]. 卢华喜,周珍伟,郑孝辉.  建筑技术. 2017(04)
[4]小尺寸双柱式桥墩波浪力的数值分析[J]. 柳春光,李璐璐,张士博.  水利与建筑工程学报. 2016(05)
[5]桥墩水流特性大涡模拟研究[J]. 薛万云,郭宁,吴时强,陈锡林,吴修锋,周杰,周向华,戴江玉.  水利水运工程学报. 2016(04)
[6]深水桥梁空心高墩流固耦合振动特性与地震响应分析[J]. 邓育林,郭庆康,雷凡.  武汉理工大学学报. 2016(04)
[7]规则波浪对不同类型深水桥墩影响的数值分析[J]. 左生荣,刘杰,张亚昆,赵君,杨吉新.  公路交通科技. 2016(03)
[8]液固耦合作用对不同截面深水桥墩的自振特性影响研究[J]. 卢华喜,周珍伟,王漪璇.  华东交通大学学报. 2015(02)
[9]承台几何参数对高桩承台地震动水效应的影响[J]. 游科华,魏凯,袁万城.  地震工程与工程振动. 2013(04)
[10]我国跨海大桥建设情况分析[J]. 蓝兰.  交通世界（建养.机械）. 2012(10)

博士论文
[1]波流与地震共同作用下深水桥梁下部结构动水压力研究[D]. 吴安杰.西南交通大学 2017
[2]基于连续小波变换的波浪非线性研究[D]. 马玉祥.大连理工大学 2010
[3]深水桥梁的地震响应研究[D]. 刘振宇.西南交通大学 2008
[4]流体与固体介质中有限振幅波、孤立波的传播和相互作用的理论与求解方法研究[D]. 那仁满都拉.吉林大学 2005

硕士论文
[1]潮流作用下桥墩周边水流特性及局部冲刷研究[D]. 高徐昌.浙江大学 2018
[2]波、流环境中深水桥墩地震响应特性研究[D]. 白晓宇.北京交通大学 2017
[3]波流和地震联合作用下桥墩动力响应试验研究[D]. 唐泽明.大连理工大学 2017
[4]圆柱桥墩绕流的数值模拟研究[D]. 吉鸿敏.西北农林科技大学 2015
[5]强地震区深水大跨度斜拉桥的地震响应分析[D]. 周桂吉.西南交通大学 2015
[6]考虑深水作用的斜拉桥地震响应分析[D]. 孙竞飞.西南交通大学 2013



本文编号：3651298