波、流環(huán)境中深水橋墩地震響應(yīng)特性研究.pdf

1、隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的繼續(xù)發(fā)展和不斷完善，大型跨海橋梁工程不斷涌現(xiàn)。由于此類橋梁的群樁、承臺(tái)以及墩柱等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)完全或部分處于波浪和水（潮、海）流共同作用的復(fù)雜環(huán)境中，勢必會(huì)對(duì)其在地震時(shí)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)產(chǎn)生潛在影響，而相關(guān)研究目前仍處于空白狀態(tài)。因此，有必要深入開展波浪、水（潮、海）流環(huán)境中深水橋梁的地震響應(yīng)特性研究，為此類橋梁的抗震設(shè)計(jì)以及相關(guān)規(guī)范修編提供參考。
　　本文基于規(guī)則波浪理論和線性造波理論，采用CFD(Computation

2、al Fluid Dynamics)和FSI(Fluid-Structure Interaction)數(shù)值計(jì)算方法，以深水橋梁的圓形截面橋墩為對(duì)象，對(duì)其所處的波、流環(huán)境進(jìn)行了數(shù)值模擬，分別開展了水流、波浪單獨(dú)作用以及波、流聯(lián)合作用下圓形墩柱的流固耦合分析，進(jìn)一步地，對(duì)深水橋梁單墩在無水、靜水以及波、流環(huán)境中的地震響應(yīng)特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析和對(duì)比研究。論文主要開展了以下研究工作:
　　(1)以三維數(shù)值水槽為對(duì)象，基于規(guī)則波理論和線性造波

3、理論，在有效解決三維數(shù)值波浪波高衰減問題的前提下，模擬出了不同波浪參數(shù)（周期、水深、波高）下的三維數(shù)值波浪，并與理論波面波動(dòng)位移時(shí)程進(jìn)行對(duì)比，吻合較好。
　　(2)對(duì)圓形墩柱-波浪耦合三維數(shù)值模型中流體域的范圍大小、網(wǎng)格劃分精度進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。以墩柱動(dòng)力響應(yīng)最值的波動(dòng)穩(wěn)定性為衡量指標(biāo)，確定了流體域的長、寬及墩周水域網(wǎng)格精細(xì)化范圍的大小。
　　(3)建立了深水單墩-波、流場耦合三維數(shù)值模型，對(duì)比分析了墩柱在水流、波浪各自單獨(dú)

4、作用以及波、流聯(lián)合作用下的動(dòng)力響應(yīng)。結(jié)果表明，波、流聯(lián)合作用時(shí)，墩柱的響應(yīng)會(huì)隨著水流速度、水深、波高的增加而增大;波浪對(duì)墩柱的動(dòng)力作用占主體，但不能忽略水流的影響;墩柱的響應(yīng)可能大于或小于波浪單獨(dú)作用時(shí)的響應(yīng)，并不是波浪和水流單獨(dú)作用下響應(yīng)值的簡單迭加。
　　(4)以深水橋梁等效圓形截面單墩為對(duì)象，對(duì)其在無水、靜水以及波、流環(huán)境中的地震響應(yīng)做了系統(tǒng)的研究和對(duì)比分析。結(jié)果表明，墩柱在波、流環(huán)境中的地震響應(yīng)可能大于或小于其在無水環(huán)境中