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波、流环境中深水桥墩地震响应特性研究
| 论文题名： | 波、流环境中深水桥墩地震响应特性研究 |
| 关键词： | 深水桥墩;地震响应;相位差;流固耦合 |
| 摘要： | 随着交通基础设施的继续发展和不断完善，大型跨海桥梁工程不断涌现。由于此类桥梁的群桩、承台以及墩柱等基础结构完全或部分处于波浪和水（潮、海）流共同作用的复杂环境中，势必会对其在地震时的结构动力响应产生潜在影响，而相关研究目前仍处于空白状态。因此，有必要深入开展波浪、水（潮、海）流环境中深水桥梁的地震响应特性研究，为此类桥梁的抗震设计以及相关规范修编提供参考。 本文基于规则波浪理论和线性造波理论，采用CFD(Computational Fluid Dynamics)和FSI(Fluid-Structure Interaction)数值计算方法，以深水桥梁的圆形截面桥墩为对象，对其所处的波、流环境进行了数值模拟，分别开展了水流、波浪单独作用以及波、流联合作用下圆形墩柱的流固耦合分析，进一步地，对深水桥梁单墩在无水、静水以及波、流环境中的地震响应特性进行了系统分析和对比研究。论文主要开展了以下研究工作: (1)以三维数值水槽为对象，基于规则波理论和线性造波理论，在有效解决三维数值波浪波高衰减问题的前提下，模拟出了不同波浪参数（周期、水深、波高）下的三维数值波浪，并与理论波面波动位移时程进行对比，吻合较好。 (2)对圆形墩柱-波浪耦合三维数值模型中流体域的范围大小、网格划分精度进行了系统的研究。以墩柱动力响应最值的波动稳定性为衡量指标，确定了流体域的长、宽及墩周水域网格精细化范围的大小。 (3)建立了深水单墩-波、流场耦合三维数值模型，对比分析了墩柱在水流、波浪各自单独作用以及波、流联合作用下的动力响应。结果表明，波、流联合作用时，墩柱的响应会随着水流速度、水深、波高的增加而增大;波浪对墩柱的动力作用占主体，但不能忽略水流的影响;墩柱的响应可能大于或小于波浪单独作用时的响应，并不是波浪和水流单独作用下响应值的简单迭加。 (4)以深水桥梁等效圆形截面单墩为对象，对其在无水、静水以及波、流环境中的地震响应做了系统的研究和对比分析。结果表明，墩柱在波、流环境中的地震响应可能大于或小于其在无水环境中的响应，并不是地震和波、流各自单独作用下响应值的简单迭加;波、流环境对墩柱地震响应的增强或减弱作用与波浪和地震波之间的频谱特性和相位差密切相关。 |
| 作者： | 白晓宇 |
| 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： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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