深水桥梁墩水耦合作用计算模式对比研究

《深水桥梁墩水耦合作用计算模式对比研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、46世界桥梁2012，40(2)深水桥梁墩一水耦合作用计算模式对比研究杨万理。李乔(1．西南交通大学土木工程学院，四川成都610031；2．抗震工程技术四川省重点实验室，四川成都610031)摘要：为了能够准确、高效地计算深水桥梁的墩一水耦合作用，以墩高及入水深度均为60m的圆形实心墩为研究对象，在对目前常用的3种动水压力计算方法(Morison公式、辐射波浪法和流体声单元法)进行理论研究、对流体声单元法流体域边界条件进行改进的基础上，建立了相应的墩一水耦合计算模型，对常用深水桥墩动力特性和动力响应进行对

2、比分析，得到3种方法在计算效率、计算精度方面的差异及适用范围。结果表明：辐射波浪法、Morison公式计算效率高于流体声单元法；辐射波浪法计算精度高于Morison公式、流体声单元法；流体声单元法适用范围比Morison公式、辐射波浪法广。关键词：桥梁工程；动水压力；墩一水耦合；计算模式；研究中图分类号：U441．3；TU311．3文献标志码：A文章编号：1671—7767(2012)02—0046—051前言to等[4]对圆形墩柱动水压力的解析解及影响因素我国许多桥梁处于深水之中，地震激励下水与进行了研

3、究，赖伟等采用辐射波浪理论推导了圆桥墩相互作用会对桥墩产生动水压力作用(墩一水形桥墩外域水的附加动水压力，刘振宇、李乔等[7推耦合作用)，这种作用不可忽视L1]，其改变了桥墩结导了圆形和矩形空心墩内域水体附加动水压力的计算解析式，杨万理等[8对地震作用下桥墩非竖直棱构的动力特性，同时也增大了结构的动力响应。国面动水应力进行了分析。本文将对目前应用较广的内、外抗震设计规范对动水压力的计算还不完善，中3种计算模式[Morison公式、基于辐射波浪法的半国、印度、日本和欧洲等规范对作用在桥墩上的动水解析半数值解

4、法(本文简称辐射波浪法)和基于流体压力的计算作了规定，通过对比发现各国规范对于声单元的有限元数值解法(本文简称流体声单元墩一水耦合振动的计算有较大的差异]。我国《公法)]理论进行探讨，并建立、改进相应的计算模型，路工程抗震设计规范》(JTJ044—89)和《铁路工程通过对常用深水桥墩动力特性以及动水压力的对比抗震设计规范》(GB50111—2006)也给出了当水深分析，得出它们的优缺点及适用范围。超过5m时，动水压力的近似计算公式，但仅限于圆形桥墩和矩形桥墩，且《公路桥梁抗震设计细则》23种计算模式的基本

5、理论(JTG／TB02—01—2008)1．0．2条指出“本细则主2．1Morison公式要适用于单跨跨径不超过150m的混凝土梁桥”，Morison公式是1950年由Morison等提出的而目前我国已建、在建或拟建的深水桥梁大多是单计算墩柱上波浪力的方法。该方法假定当墩柱的尺跨跨径超过150m的长大桥梁。因此需要对深水寸与波长相比较小时，墩柱并不影响波动场，且要求桥梁的动水压力计算模式进行深入研究。墩柱直径D与波长L之比D／L≤0．15时才较适目前动水压力计算主要分为解析法、数值分析用。设圆形墩柱固结于

6、水底，水为理想可压缩流体、法和半解析半数值分析法3类。其中数值分析法分无漩运动，流体质点与墩柱节点沿x方向的绝对位为位移(结构)～位移(流体)、位移(结构)～压力(流移分别为“、。则单位高度墩柱上受到的沿x方体)2种模式L3；半解析半数值法对流体动水压力以向的波浪力由惯性力和阻尼力2部分组成：解析解或半解析解表示，并将结构大幅简化后使用T、’n2F(X，Z，￡)一x+c巴(x—ii)+有限元软件计算或编程求解。国外学者Hisao．Go—收稿日期：2011—10—08基金项目：国家自然科学基金项目(5107

7、8317)；国家自然科学基金青年基金(51108383)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(SWJTU09BR039)作者简介：杨万理(1979一)，男，讲师，2003年毕业于西南交通大学土木工程专业，获学士学位，2006年毕业于西南交通大学结构工程专业，获硕士学位(E-mail：YwL一5234@home．swjtu．edu．cn)。深水桥梁墩一水耦合作用计算模式对比研究杨万理，李乔47—1CDpD(x一)Ix一l(1)[L[Mf][M]]{l{p})}J+[L[0][c]]j{l{≥})}J+如果是

8、在静水中，可得：LEK][K]]{㈨I—’l(8)F(X，z，￡)一一C～c。IDDf(2)o][K]_Jl{P}JI{0}』式中，、C。分别为惯性力系数和阻尼系数，通过式中，[M]为墩柱质量矩阵；[]为墩柱阻尼矩试验或经验来选取，常取C===1．0，C。=1．2；D为阵；EK]为墩柱刚度矩阵；[]为外部荷载矩阵；桥墩直径；p为流体密度。{Fpr)为流体压力荷载矩阵；[M]一[R]；[K]2．2辐射波浪法一一[R]。对于非流固