深水橋梁的地震響應(yīng)研究.pdf

1、橋梁在朝著更大跨度發(fā)展的同時(shí)，出現(xiàn)越來(lái)越多的深水橋梁。目前為止，已建或在建的深水橋梁其橋墩入水深度最深已達(dá)168米。深水橋梁在地震作用下，橋墩自身的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起周圍水體的輻射波浪運(yùn)動(dòng)，而波浪運(yùn)動(dòng)也反過(guò)來(lái)影響橋墩的運(yùn)動(dòng)，這樣橋梁結(jié)構(gòu)的水下部分便產(chǎn)生了動(dòng)水壓力，而使橋梁的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性發(fā)生改變并影響結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)水平。從當(dāng)前深水橋梁抗震研究的文獻(xiàn)來(lái)看，國(guó)內(nèi)外對(duì)深水橋梁的計(jì)算理論及地震響應(yīng)特性的研究仍較少。 本文在查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)

2、上，評(píng)述了當(dāng)前關(guān)于水與結(jié)構(gòu)相互作用的計(jì)算理論、水中結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的分析方法及相關(guān)的研究成果，并針對(duì)深水橋梁在地震作用下的響應(yīng)特性開(kāi)展了以下幾個(gè)方面詳細(xì)研究： 1．采用輻射波浪理論推導(dǎo)了圓形空心墩內(nèi)域水體附加動(dòng)水壓力的計(jì)算解析式；采用相同理論，同時(shí)利用矩形截面的主軸與橋的縱軸和橫軸相重合的特點(diǎn)，推導(dǎo)了矩形空心墩內(nèi)、外水域的附加動(dòng)水壓力的計(jì)算解析式；采用流固耦合有限元分析的位移—壓力格式（u—p）進(jìn)行了有限元分析，對(duì)本文推導(dǎo)的附加動(dòng)水

3、壓力的求解公式的計(jì)算精度進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，本文的解析式具有較高的精確度。 2．將動(dòng)水附加壓力表達(dá)為動(dòng)水附加質(zhì)量和動(dòng)水附加阻尼，在此基礎(chǔ)上建立了深水橋梁在地震激勵(lì)下的運(yùn)動(dòng)方程，并對(duì)其求解方法進(jìn)行了研究。 3．對(duì)圓形空心墩和矩形空心墩的動(dòng)水附加質(zhì)量沿墩高的分布規(guī)律進(jìn)行了分析，研究了自由表面波、總淹沒(méi)水深、橋墩幾何尺度等因素對(duì)動(dòng)水附加質(zhì)量的影響；提出了臨界水深的概念，并指出臨界水深以上部分的動(dòng)水附加質(zhì)量成拋物線分布，臨界水

4、深以下的部分動(dòng)水附加質(zhì)量的分布與水深無(wú)關(guān)（大小保持不變）；對(duì)于高頻振動(dòng)的結(jié)構(gòu)自由表面波的影響可忽略；相同水深時(shí)幾何尺度越大動(dòng)水附加質(zhì)量越大，橋墩形狀是影響動(dòng)水附加質(zhì)量的重要因素； 4．將上述研究成果與實(shí)際工程相結(jié)合，對(duì)大跨度深水連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行了地震響應(yīng)時(shí)程分析，分析了深水連續(xù)剛構(gòu)橋在縱向、橫向地震作用下響應(yīng)的特點(diǎn)。研究表明，墩—水耦合振動(dòng)使主梁和橋墩的內(nèi)力響應(yīng)、位移響應(yīng)大幅增加，是深水連續(xù)剛構(gòu)橋地震響應(yīng)分析中必須考慮的因素。對(duì)內(nèi)