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原文传递水流作用下桥墩的动力响应分析

论文题名：	水流作用下桥墩的动力响应分析
关键词：	桥墩结构;动力响应;水流冲击;流场分布
摘要：	我国是一个山川河流密布的国家，建设了许多跨越江河湖海的桥梁，其桥墩受到水流的冲击，特别是在洪水期间，水流的冲击作用对桥墩的影响尤为显著。国内外研究人员对水流冲击造成桥梁毁坏的情况进行过统计调查，结果表明，水流冲击已成为桥梁毁坏的主要原因之一。因此，水流作用对桥墩动力响应的影响问题值得探讨。本文根据流体及结构振动分析理论，采用流体分析软件Fluent对双薄壁桥墩进行三维绕流分析，在不同水深和不同流速下计算水流对桥墩的冲击荷载。在此基础上，基于Ansys workbench平台，通过不同模块间的数据传递将水流冲击荷载作用于桥墩有限元模型，在结构瞬态分析模块中进行桥墩的动力响应计算，探讨了流速、水深、墩顶约束条件和冲刷深度等因素对桥墩动力响应的影响。本文旨在为研究水流冲击结构的流固耦合问题提供一种有效的三维数值模拟方法，主要研究内容如下: 　　1.流场和桥墩型式的选取　　运用流体分析软件Fluent研究圆形、圆端形和矩形桥墩的二维绕流，在相同条件下进行流场分析，确定对流场分布最不利的墩型。为选取合适墩型，分别建立三种墩型的单、双墩二维绕流模型，分析双墩间距对升阻力系数的影响。　　2.三维流场计算方法的验证　　以雷诺数Re为3900时的三维圆柱绕流问题为例，基于大涡模拟方法分析三维流场的分布情况，并将计算结果与参考文献的数值进行对比，验证三维流场计算方法的准确性。　　3.水流作用下桥墩动力响应的影响因素分析　　以矩形双薄壁桥墩为例，建立其三维有限元模型，采用土弹簧模拟墩土相互作用，在三维流域内分析水流冲击作用下桥墩的动力响应。考虑水深分别为4m、8m和12m，流速分别为2m/s、4m/s、6m/s和8m/s时的不同工况，进行三维流场分析，得到桥墩表面的压力分布情况。在此基础上，探讨了流速、水深和边界条件等因素对桥墩动力响应的影响。根据已有的冲刷深度实测值确定桥墩埋置深度，在流速为0.5m/s、1m/s和1.5m/s条件下，研究冲刷深度对桥墩动力响应的影响。
作者：	曹宁宁
专业：	建筑与土木工程
导师：	李整
授予学位：	硕士
授予学位单位：	郑州大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文