考虑流固耦合群桩基础静动力响应分析

摘要

群桩基础作为跨海桥梁下部结构，为分析其静、动力响应，除考虑上部结构传递至群桩基础的重力荷载、长期流水作用外，还应考虑群桩基础处于海洋中受到的如波浪特殊动荷载。本文在查阅国内外相关文献后，依托实际跨海桥梁工程，取下部群桩基础与承台结构为研究对象，运用ANSYS Workbench软件建立有限元模型，分析其在考虑流固耦合作用时的静、动力响应特性，并得出以下结论:
　　1、在进行群桩基础的静力分析时可知流速入口速度对群桩基础的静力特性的影响很大，两者呈线性正比关系;随着桩体的中心间距及桩体半径的增大，群桩基础最大应力及桩顶最大位移会减小，当桩径长比设计值大于0.06时，群桩基础安全隐患能降到最小;
　　2、不论在静水或是波流场作用下群桩基础模态分析必须考虑流固耦合效应，在两种作用下得到的前四阶自振频率和振型是不同的，当考虑波流共同作用时，流体对群桩基础的阻尼增大，群桩基础的前四阶自振频率要小于静水中的自振频率，当静水水体的淹没深度超过群桩基础1/3时流固耦合效应开始加大;
　　3、当分析改变波浪相关参数对群桩基础的模态影响时，对群桩基础前四阶自振频率影响最大的是波浪速度，影响最小的是波浪长度，波浪高度、长度和速度的改变对群桩基础的第四阶自振频率影响最大，而波向角的改变对群桩基础的第三阶自振频率影响最大;
　　4、波浪高度的峰值时达到承台高度时，群桩基础的前四阶自振频率和振型改变将会趋向平缓，即在分析波浪高度对群桩基础模态的影响时，波高的有效值即波浪的峰值达到承台高度。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究目的与意义

1．2 结构物与水体间流固耦合理论研究现状

1．2．1 流固耦合的研究现状

1．2．2 关于结构物在水体中的模态分析研究现状

1．2．3 波浪荷载作用下结构物动力响应研究现状

第二章 流固耦合理论基础

2．1 流体基本概念

2．2 流固耦合的分析格式

2．3 流固耦合相关方程

2．3．1 流体控制方程

2．3．2 固体控制方程

2．3．3 流固耦合方程

2．4 流固耦合分析的有限元格式

2．5 流固耦合问题的研究方法

2．6 ANSYS Workbench软件介绍

2．7 模型中单元简介

2．8 本文主要工作

第三章 考虑流固耦合时深水群桩基础在水流作用下的静力特性分析

3．1 工程概况

3．2 有限元模型建立

3．3 考虑水流作用下的深水群桩基础静力响应分析

3．3．1 流场大小对深水群桩基础的静力特性影响分析

3．3．2 流速对深水群桩基础静力特性影响分析

3．3．3 湍流强度对深水群桩基础的静力特性影响分析

3．3．4 网格精度对深水群桩基础的静力特性影响分析

3．3．5 桩体半径对深水群桩基础的静力特性影响分析

3．3．6 桩柱间距对深水群桩基础静力特性影响分析

3．4 本章小结

第四章 考虑流固耦合时深水群桩基础在静水流作用下的动力响应特性分析

4．1 计算方法简介

4．2 数值法的可靠性验证

4．3 实际工程中深水群桩基础模态分析

4．3．1 工程概况

4．3．2 有限元模型建立

4．3．3 不同水深情况下的群桩基础模态分析

4．4 本章小结

第五章 考虑流固耦合时深水群桩基础在波浪作用下动力响应分析

5．1 模型描述

5．2 波浪高度H对深水群桩基础动力特性的影响

5．3 波浪长度L对深水群桩基础动力特性的影响

5．4 波浪速度v对深水群桩基础动力特性的影响

5．5 波向角θ对深水群桩基础动力特性的影响

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 今后工作展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况