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脉冲型近断层地震作用下深水桥墩动力响应特性研究
| 论文题名： | 脉冲型近断层地震作用下深水桥墩动力响应特性研究 |
| 关键词： | 地震作用;深水桥墩;动力响应特性;抗震设计;频谱特性;流固耦合理论 |
| 摘要： | 地震作用下，由于动水和深水桥梁水中部分的动力相互作用，势必显著改变桥梁的振动特性和地震响应，而不同的地震动类型以其独特的频谱特性，有可能会对桥梁的动力行为产生不同的影响。脉冲型近断层地震下深水桥梁的动力响应特征，是深水桥梁抗震设计中有待研究的重要科学问题。 本文采用基于流固耦合理论的势流体动力数值算法，以典型铁路深水桥梁的等效单墩模型为对象，开展了如下研究工作: (1)采用基于流固耦合理论的势流体计算方法，借助ADINA有限元软件进行地震作用下水中桥墩的流固耦合动力分析。对比研究了近场和远场地震荷载激励下桥墩的动力响应响应特性，分析动水效应对矩形、圆形两种不同截面形式的等效单墩结构的振动特性和地震动响应的影响程度，并对半解析的Morison方程法进行了对比检验。结果表明:随着水深的增加，桥墩自振周期不断延长。与无水环境下相比，动水压力的存在使得桥墩结构的地震响应变化显著，并且近场地震作用下桥墩结构的动力响应明显大于远场，因此对于近断层区域的深水桥梁的抗震设计应给予关注。 (2)在近、远场地震激励下深水桥墩的动力响应计算基础之上，对作用于矩形、圆形两种不同截面形式桥墩的动水压力分布规律以及总动水压力特性进行对比分析，并与我国铁路、公路规范以及日本规范中的动水压力计算方法进行了检验。总体而言，地震作用下，深水桥墩结构所受到的动水压力随着水深的增加而不断增大;动水压力沿桥墩高度是先增大后减小的抛物线型分布。通过对各规范算法的检验可知，日本规范规定的总动水压力值偏大而中国公路规范规定的总动水压力偏小;对于分布动水压力，近场地震下，对于矩形截面桥墩，两规范动水压力估计不足;而对于圆形截面桥墩，日本规范偏于保守，铁路规范结果较为接近。远场地震下，两类规范算法的动水压力都偏于保守。 (3)采用人工合成近断层脉冲型地震动的方法，定量分析脉冲峰值Vp、脉冲周期Tp、脉冲类型三类代表性速度脉冲参数对矩形、圆形两种截面形式深水桥梁动力响应的影响。结果表明:在人工合成近场脉冲型地震动作用下，深水桥墩结构的地震动响应比无脉冲时有较大的增加，并且脉冲峰值Vp、脉冲周期Tp、脉冲类型，这三类脉冲参数对深水桥墩地震动响应影响显著。脉冲峰值Vp对深水桥墩地震动响应的影响程度随着Vp的增加而不断增大;当脉冲周期接近桥墩结构的自振周期时，Tp对深水桥墩地震动影响最大;在深水桥墩结构自振周期变化范围内，C类脉冲对深水桥墩地震动响应影响最大，B类次之，A类最小。 |
| 作者： | 楚芹 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 江辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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