脈沖型近斷層地震作用下深水橋墩動(dòng)力響應(yīng)特性研究.pdf

1、地震作用下，由于動(dòng)水和深水橋梁水中部分的動(dòng)力相互作用，勢(shì)必顯著改變橋梁的振動(dòng)特性和地震響應(yīng)，而不同的地震動(dòng)類型以其獨(dú)特的頻譜特性，有可能會(huì)對(duì)橋梁的動(dòng)力行為產(chǎn)生不同的影響。脈沖型近斷層地震下深水橋梁的動(dòng)力響應(yīng)特征，是深水橋梁抗震設(shè)計(jì)中有待研究的重要科學(xué)問題。
　　本文采用基于流固耦合理論的勢(shì)流體動(dòng)力數(shù)值算法，以典型鐵路深水橋梁的等效單墩模型為對(duì)象，開展了如下研究工作:
　　(1)采用基于流固耦合理論的勢(shì)流體計(jì)算方法，借助ADI

2、NA有限元軟件進(jìn)行地震作用下水中橋墩的流固耦合動(dòng)力分析。對(duì)比研究了近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)地震荷載激勵(lì)下橋墩的動(dòng)力響應(yīng)響應(yīng)特性，分析動(dòng)水效應(yīng)對(duì)矩形、圓形兩種不同截面形式的等效單墩結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性和地震動(dòng)響應(yīng)的影響程度，并對(duì)半解析的Morison方程法進(jìn)行了對(duì)比檢驗(yàn)。結(jié)果表明:隨著水深的增加，橋墩自振周期不斷延長。與無水環(huán)境下相比，動(dòng)水壓力的存在使得橋墩結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)變化顯著，并且近場(chǎng)地震作用下橋墩結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)明顯大于遠(yuǎn)場(chǎng)，因此對(duì)于近斷層區(qū)域的深水橋梁

3、的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)給予關(guān)注。
　　(2)在近、遠(yuǎn)場(chǎng)地震激勵(lì)下深水橋墩的動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算基礎(chǔ)之上，對(duì)作用于矩形、圓形兩種不同截面形式橋墩的動(dòng)水壓力分布規(guī)律以及總動(dòng)水壓力特性進(jìn)行對(duì)比分析，并與我國鐵路、公路規(guī)范以及日本規(guī)范中的動(dòng)水壓力計(jì)算方法進(jìn)行了檢驗(yàn)?？傮w而言，地震作用下，深水橋墩結(jié)構(gòu)所受到的動(dòng)水壓力隨著水深的增加而不斷增大;動(dòng)水壓力沿橋墩高度是先增大后減小的拋物線型分布。通過對(duì)各規(guī)范算法的檢驗(yàn)可知，日本規(guī)范規(guī)定的總動(dòng)水壓力值偏大而中國公路規(guī)

4、范規(guī)定的總動(dòng)水壓力偏小;對(duì)于分布動(dòng)水壓力，近場(chǎng)地震下，對(duì)于矩形截面橋墩，兩規(guī)范動(dòng)水壓力估計(jì)不足;而對(duì)于圓形截面橋墩，日本規(guī)范偏于保守，鐵路規(guī)范結(jié)果較為接近。遠(yuǎn)場(chǎng)地震下，兩類規(guī)范算法的動(dòng)水壓力都偏于保守。
　　(3)采用人工合成近斷層脈沖型地震動(dòng)的方法，定量分析脈沖峰值Vp、脈沖周期Tp、脈沖類型三類代表性速度脈沖參數(shù)對(duì)矩形、圓形兩種截面形式深水橋梁動(dòng)力響應(yīng)的影響。結(jié)果表明:在人工合成近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)作用下，深水橋墩結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)響應(yīng)