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考虑深水作用的斜拉桥地震响应分析

作　者: 孙竞飞
导　师: 潘亦苏
学　校: 西南交通大学
专　业: 工程力学
关键词: 斜拉桥地震响应附加质量流固耦合 Morison方程
分类号: U448.27
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着科技与经济的高速发展,因为在交通中不可替代的作用,大跨度桥梁已经越来越多,深水桥梁也越来越多。处于深水中的桥墩在地震作用下开始振动,进而会影响周围水体的振动,水体的振动会反过来影响桥墩的动力特性和响应,即出现桥墩和水体的耦合振动。从现有的资料文献来看,地震作用下,考虑深水作用的桥梁影响的研究较少,仅有少数文献研究过深水对桥墩的影响。鉴于深水桥梁的地震响应是亟待解决的问题,本文针对深水桥墩和深水斜拉桥地震响应做了以下研究：讨论Morison方程附加质量法、Westergarrd方程附加质量法和流固耦合法对深水桥墩地震响应的影响并做出对比,发现水体的存在不仅会降低结构的自振频率还会增大结构的地震响应。对比三种方法,总体上Morison附加质量法得到的结果略偏大,从曲线趋势上看,流固耦合法相对其它两种方法更为精确,也更有规律性。水体作用对于墩底剪力的影响大于对墩底弯矩的影响。在此基础上,以奉节长江大桥为实例,选择Morison附加质量法,利用大型有限元软件ADINA建立了无水、33%满水位、67%满水位以及满水位四种有限元模型,从横桥向和纵桥向两个方向进行地震时程计算。研究发现,横桥向地震响应几乎单墩结论一致,有水作用的情况下,位移、墩底弯矩和剪力都有增大,且随着水深增大地震响应随之增大,但是因为斜拉索的作用,增大幅度比单墩的小,水体对剪力的影响最大。不同工况下各指标的地震时程曲线趋势基本一致。距离墩台越近,截面剪力越大,有水作用的工况下,在两个主墩的不同截面剪力均大于无水作用工况的剪力,且距离墩台越近,差距越大。纵桥向地震波作用下,桥梁振动较为复杂。但是总体上主塔、主梁的位移有减小的趋势,墩底剪力和弯矩均随着水深的增加而增大。各指标的地震时程曲线8s以后开始出现差别,但是趋势大体一致。距离墩台越近截面的最大弯矩越大,但是有水工况下的弯矩大于无水工况下的弯矩,且距离墩台越近,差距越大。但是剪力从塔往墩台方向,先减小,后增大。有水时不同截面的最大剪力均大于无水时不同截面的最大剪力。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-16
  1.1 研究深水桥梁地震响应的意义  11-12
  1.2 研究现状  12-14
    1.2.1 主要研究方法  12-13
    1.2.2 地震作用下动水压力研究现状  13-14
  1.3 本文主要研究内容和目的  14-16
第2章水-结构动力相互作用研究  16-23
  2.1 水-结构动力相互作用  16-20
    2.1.1 水-结构相互作用分析方法  16
    2.1.2 水-结构相互作用理论  16-20
  2.2 声流体理论  20-21
  2.3 位移表示的方程  21-23
第3章深水悬臂桥墩地震响应分析比较  23-41
  3.1 地震波的选择  23-24
    3.1.1 地震加速度的输入方式  23-24
    3.1.2 本章的地震波选择  24
  3.2 ADINA流固耦合功能简介  24-25
  3.3 有限元模型  25
  3.4 30米桥墩模型动力响应及分析  25-31
  3.5 60米桥墩模型动力响应及分析  31-34
  3.6 90米桥墩模型动力响应及分析  34-40
  3.7 小结  40-41
第4章地震作用下深水斜拉桥动力响应分析  41-67
  4.1 奉节长江大桥介绍  41-42
    4.1.1 主塔  41
    4.1.2 主梁  41
    4.1.3 斜拉索  41
    4.1.4 下部结构  41-42
    4.1.5 地层与岩性  42
  4.2 斜拉桥模型的建立  42-48
    4.2.1 桥面系  43-44
    4.2.2 拉索的模拟  44-45
    4.2.3 主塔的模拟  45
    4.2.4 基础的模拟  45-48
  4.3 动力特性以及响应  48-53
  4.4 计算结果  53-66
    4.4.1 横桥向地震响应  53-59
    4.4.2 纵桥向地震响应  59-66
  4.5 小结  66-67
结论  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  74

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