波流和地震联合作用下桥墩动力响应试验研究

摘要

为了满足交通运输和经济发展的需要，近年来世界范围内大量的跨大江大河、海峡和海湾桥梁正在规划建设着，给桥梁施工及设计者们带来巨大的挑战。这些桥梁的桥墩大量处于水下较深水位，常年经受复杂的水体环境影响，在极端恶劣的环境下，像台风地震这些自然灾害会对其产生巨大的影响，威胁桥梁的安全稳定。加上近年来地震引起的海啸频发，而地震对桥墩的影响是巨大的，由其引起的海啸会产生巨大的波浪，这时候桥梁结构就需要经受住这些作用带来的复杂耦合影响。
　　本文通过模型试验的方法，通过振动台试验，模拟地震和波流联合作用下对桥墩的影响，通过对比其在不同荷载下的动力响应，了解波浪、水流和地震联合作用下桥墩的动力响应特性及规律，从而建立有效的分析方法，提高桥墩结构抗震和波浪作用响应分析和设计能力。通过本次试验研究得到了以下四点结论：（1）水的存在影响了桥墩的动力响应，有水时结构的位移变形比无水时稍大；水深对桥墩的墩顶位移有着明显的影响作用，水深越深，桥墩的墩顶位移越大；而经过分析，水对加速度和应变虽然有影响，但是影响不明显；（2）由不同地震激励作用下桥墩模型的位移变形曲线可知，波浪和地震共同作用相比只有波浪作用，桥墩的各项动力响应都有巨大提升；综合桥墩模型的位移和应变时程曲线可知地震作用是影响桥墩的最主要因素，波浪和水流的作用较小;（3）波浪、地震和水流共同作用相比只有波浪和地震作用，桥墩模型的各项动力响应变化不大，水流作用不明显；通过分析幅值条形图发现在这两种工况下，El-centro地震波激励下，桥墩的各项动力响应幅值降低，Loma地震波激励下结构的各项动力响应幅值变化无规律，JiJi地震波激励下加速度幅值有所降低，应变有所增大，在不同地震波激励下，水流对结构的动力响应影响趋势不一致，在一定激励条件下水流的存在会削弱结构的动力响应；(4)试验在波浪高度上做了0.06m和0.1m两个波高，经过对比发现，波浪高度主要对桥墩的位移和应变产生了明显的影响，波浪高度越高，桥墩模型的位移及应变越大。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 研究现状

1.3 论文的研究目的和主要工作

2 模型试验方法及试验步骤

2.1 引言

2.2 模型试验设备

2.2.1 试验对象

2.2.2 传感器及布设

2.2.3 数据采集与分析系统

2.2.4 数据采集通道及对应关系

2.3 试验工况及试验步骤

2.3.1 试验工况

2.3.2 试验步骤

2.4 本章小结

3 试验数据整理分析

3.1 引言

3.2 试验数据整理及初步试验数据处理

3.2.1 试验数据整理结果

3.2.2 试验数据初步处理结果

3.3 试验数据分析及成果总结

3.3.1 桥墩模型自振频率

3.3.2 桥墩模型墩顶位移和桥墩底部应变幅值条形图

3.3.3 桥墩模型在不同激励下关键测点处的时程曲线

3.4 本章小结

4 桥墩在地震和波流联合作用下有限元数值模拟研究

4.1 有限元方法简介

4.2 流固耦合问题的有限元分析

4.2.1 ADINA的应用

4.2.2 现有桥墩的数值模拟成果

4.3 波流地震联合作用下桥墩基于ADINA的数值模拟

4.3.1 无水状态下有限元模型的建立

4.3.2 无水时模拟输出结果

4.3.3 有水时有限元模型的建立

4.3.4 有水时模拟输出结果

4.3.5 数值模拟结果和试验结果对比

4.4 本章小结

5 结论

参考文献

致谢