土木工程博士毕业论文：强震动对深水桥梁动力性能的影响研究
发布时间：2017-05-16 06:25
第1章 引言
根据当前的深水桥梁的建设来看，我们可以利用桥梁建设的场地类型将其分为三种。首先，像苏通公路大桥、位于长江上的南京三桥（水深的深度可以达到46米），这种属于建在比较大的深水河流上的桥梁。其次，像位于紫坪铺水库地区的庙子坪崛江大桥，奉节的长江公路大桥，而且长江公路大桥在蓄水时桥墩的淹没可以深达95.784到83.591米左右，这种类型的深水桥梁都是建设在一些较大型的库区电站之中，桥墩都是在很深的水中建设的。最后一种则是像我国建设的琼州海峡、珠江口伶仃洋、杭州湾、长江口、渤海海峡这五大桥梁属于跨海式的深水桥梁。这五个大型的跨海桥梁的建设都是属于特大型的项目工程，像刚刚开始通车的杭州湾大桥一是属于这五大工程之一。还有像欧洲的大带海峡桥也是这种跨海式的深水桥梁。
目录
第1章 引言 9第2章 绪论 12
2.1 研究背景与意义 12
2.2 水与结构相互作用的研究现状 14
2.2.1 水与结构相互作用理论 14
2.2.2 水与结构相互作用的分析方法 15
2.3 近场地震对结构影响的研究现状 23
2.4 研究目的 25
2.5 本文主要内容 26
第3章 墩-水相互作用与耦合分析 27
3.1 流固耦合方法 27
3.1.1 流固耦合问题的计算方法 27
3.1.2 FSI流固耦合分析 28
3.2 MORISON方程 29
3.2.1 Morison方程法 29
3.2.2 矩形桥墩的计算 30
3.3 辐射波浪理论 31
3.3.1 基本方程 31
3.3.2 矩形空心桥墩内域水体辐射波浪速度势的求解 33
3.3.3 矩形空心桥墩外域水体辐射波浪速度势的求解 37
第4章 深水悬臂桥墩动力特性分析 44
4.1 深水桥墩动力反应特性 44
4.1.1 势流理论简介 44
4.1.2 半解析半经验Morison 方程 52
4.2 深水桥墩动力特性 53
4.2.1 基于势流理论和Morison 方程的计算模型简介 53
4.2.2 基于势流理论的深水桥墩动力特性 54
4.2.3 势流理论与Morison 方程计算深水桥墩动力特性的结果比较 56
4.3 深水桥墩动力响应分析 59
4.3.1 基于Morison 方程的深水桥墩动力响应分析 59
4.3.2 Morison 方程速度力系数 的讨论 61
4.3.3 基于Morison 方程和势流理论的结构响应比较 62
4.4 本章小结 63
第5章 深水悬臂桥墩地震响应分析 64
5.1 利用有限元法计算水-结构相互作用的数值方法 64
5.2 有限元计算模型的建立及自振特性分析 65
5.2.1 基于势流体的ADINA 有限元模型 65
5.2.2 基于Morison 方程的ADINA 有限元模型 67
5.2.3 模态分析结果 68
5.3 地震动力计算参数 70
5.3.1 地震动选取和输入方法 70
5.3.2 流固耦合体系的静力分析 72
5.3.3 阻尼的确定 72
5.4 地震响应结果分析 73
5.4.1 水深比h/H=0.8 时的地震响应 73
5.4.2 水深比h/H 对结构地震响应的影响 80
5.5 本章小结 84
第6章 某桥在深水下的动力与地震响应分析 85
6.1 工程概况及有限元模型 85
6.2 动力特征计算 89
6.2.1 桥梁结构动力特性计算方法 89
6.2.2 桥梁结构动力特性的计算 90
6.3 MORISON方程与辐射波浪计算结果 96
6.3.1 Morison方程的计算结果 96
6.3.2 辐射波浪理论的计算结果 111
6.4 本章小结 136
第7章 动水压力的影响分析 137
7.1 桥梁地震响应计算 137
7.2 周期对动水压力的影响 138
7.3 相对水深对动水压力的影响 145
7.4 不同方法计算的动水压力比较 158
7.5 结构质量对动水压力的影响 159
7.6 本章小结 163
第8章 总结与展望 164
8.1 总结 164
8.2 展望 165
致谢 166
参考文献 167
个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成果 174
第8章 总结与展望
采用流固耦合方法、Morison方程方法和辐射波浪理论方法，分别对某桥和某桥的一个桥墩进行有限元分析，考虑动水压力对桥墩地震响应的影响，分析了不同水深、自振周期和结构质量对动水压力的影响，比较了不同方法考虑水附加质量对桥墩的地震响应影响。得出了如下结论：
①处于深水中的桥梁，水压力对桥墩的地震响应影响是不能忽视的，动水压力改变了桥墩的动力特性及响应特点，增大了桥墩的地震响应值。
②动水压力对桥墩结构的影响还与相对水深、结构自振周期、结构本身的质量有关。随着相对水深的增加，动水压力对结构的响应值影响也在增大，对结构响应值的影响程度也在增大；动水压力的影响程度与桥梁的总质量有关，随着附加质量在原结构质量中占的比重越大，动水压力对结构的影响就会增大；动水压力的作用以附加质量的形式考虑时，相当于增加了结构的质量，延长了结构周期，因此动水压力对结构的影响还与结构本身的周期有关，随着结构自振周期的增大，动水压力的作用随之减小。
③动水压力的影响程度受计算项目的影响。对墩顶位移和墩底弯矩的影响相对较小，对墩底剪力的影响较大。
④采用FSI考虑墩一水相互作用进行分析，发现：考虑墩一水耦合作用桥墩的频率都小于不考虑水作用桥墩的频率，墩一水耦合作用增加了墩底应力和墩底剪力。
⑤采用辐射波浪理论方法计算动水压力对桥墩地震响应的影响要大于采用Morison方程方法计算的动水压力对桥墩地震响应值的影响，这是因为辐射波浪理论计算时考虑了内域水的附加质量，而Morison方程法没有考虑内域水的附加质量。
⑥对比只考虑外域水附加质量的辐射波浪理论方法和Morison方程方法，两种方法计算的动水压力结果很接近，影响率的变化趋势和数值也很接近。
⑦比较两种方法与规范方法计算的动水压力值，本文在5m以上，两种方法计算的动水压力值都远远大于采用规范规定的动水压力值，用规范法计算深水桥墩的动水压力是偏不安全的。
本文编号：369770
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