地震与水动力联合作用下深水桥墩的响应分析
本文关键词：地震与水动力联合作用下深水桥墩的响应分析
【摘要】：地震作用下,深水桥墩与周围水体的相互作用不仅改变了桥梁的动力特性,还影响着其地震响应。目前,对于地震和水动力联合作用下深水桥墩的地震响应缺乏足够认识。本文以铁路桥梁工程中典型圆端形桥墩为研究对象,利用OpenSees有限元软件建立桥墩的动力计算模型,对其进行地震和水动力联合作用下的地震响应分析。主要开展内容如下:(1)通过调研国内外相关文献,概述了地震作用下深水桥梁地震响应特点及水动力的计算方法,并对比分析了铁路规范、日本规范及Morison方程在计算水动力时的差异。(2)研究了水动力对桥墩自振周期的影响。结果表明:水动力作用对长细比较大的桥墩自振周期影响较为明显,且对桥墩低阶自振周期的影响明显强于高阶周期。(3)研究设计地震作用下水深对桥墩弹性地震响应的影响。结果表明:水动力对桥墩的弹性地震响应有一定的放大效应,且对顺桥向地震响应影响程度更为显著;考虑水动力作用后,桥墩地震响应峰值的出现时间较无水情况时有延迟。(4)分析不同类型罕遇地震与水动力联合作用下,水深对桥墩弹塑性地震响应和损伤状态的影响。结果表明:随着水深的增加,地震引起的墩顶残余位移逐渐增大,桥墩损伤程度加深且损伤范围扩展;与远场地震作用相比,近场地震作用下墩顶的残余位移更大,桥墩损伤程度加深且损伤范围更广。
【关键词】：深水桥墩 地震作用 水动力 地震响应
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.55;U443.22
【目录】：
- 摘要3-4
- Abstract4-8
- 第一章 绪论8-19
- 1.1 引言8-12
- 1.1.1 深水高墩桥梁建设现状8-11
- 1.1.2 地震作用下深水高墩桥梁响应特点11-12
- 1.2 地震作用下水与结构相互作用研究现状12-14
- 1.2.1 国外研究现状12-13
- 1.2.2 国内研究现状13
- 1.2.3 深水桥梁地震响应研究现状13-14
- 1.3 强震作用下桥墩弹塑性地震响应14-17
- 1.4 论文研究目的和意义17
- 1.5 论文研究内容17-19
- 第二章 水与桥墩相互作用理论19-34
- 2.1 引言19
- 2.2 水与结构相互作用理论19-20
- 2.3 水动力的影响因素20-21
- 2.3.1 自由表面波20
- 2.3.2 水体压缩性及粘滞性20-21
- 2.3.3 流域边界21
- 2.4 水动力的计算方法21-31
- 2.4.1 我国铁路工程抗震规范水动力的计算21-23
- 2.4.2 日本桥梁抗震规范水动力的计算23-25
- 2.4.3 欧洲桥梁抗震规范水动力的计算25
- 2.4.4 基于势流体理论有限元数值模拟方法25-27
- 2.4.5 基于Morison方程法附加质量水动力的计算方法27-31
- 2.5 动水附加质量计算结果对比31-32
- 2.6 本章小结32-34
- 第三章 设计地震作用下深水桥墩动力响应分析34-57
- 3.1 引言34
- 3.2 工程概况34-35
- 3.3 计算模型建立35-37
- 3.4 结构阻尼系数确定37
- 3.5 地震动选取及调整37-41
- 3.5.1 合成人工地震动原理及具体方法38-39
- 3.5.2 人工地震加速度时程曲线39-40
- 3.5.3 实际地震动选取40-41
- 3.6 深水桥墩自振特性分析41-46
- 3.6.1 自振特性分析41-43
- 3.6.2 水深对桥墩自振周期的影响43-46
- 3.7 设计地震作用下桥墩动力响应分析46-53
- 3.8 列车荷载对桥墩地震响应影响53-56
- 3.9 本章小结56-57
- 第四章 罕遇地震作用下深水桥墩动力响应分析57-79
- 4.1 引言57
- 4.2 截面弯矩-曲率特性分析57-62
- 4.2.1 弯矩-曲率分析基本假定58
- 4.2.2 材料本构关系58-62
- 4.2.3 弯矩-曲率分析结果62
- 4.3 基于纤维单元的桥墩有限元模型62-65
- 4.4 罕遇地震作用下桥墩弹塑性地震响应65-78
- 4.4.1 水深对桥墩地震内力响应的影响65-68
- 4.4.2 地震类型对桥墩地震变形响应的影响68-74
- 4.4.3 水深对桥墩损伤状态的影响74-78
- 4.5 本章小结78-79
- 第五章 结论与展望79-81
- 5.1 结论79
- 5.2 展望79-81
- 参考 文献81-85
- 致谢85-86
- 个人简历、在校期间的研究成果及发表的学术论文86
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