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基于协调相似律的水下振动台试验挂板缩尺模型方法及其应用
| 论文题名： | 基于协调相似律的水下振动台试验挂板缩尺模型方法及其应用 |
| 关键词： | 桥梁结构;水下振动台试验;挂板缩尺;模型构建;协调相似准则 |
| 摘要： | 水环境中的桥梁在地震动作用下承受水动力作用，对桥梁的响应与抗震性能产生影响，近年来受到学者们广泛关注。水下振动台试验设备的成熟与完善，为处于水环境中的工程结构抗震性能研究提供了条件。现代振动台试验方法在弹性范围内已建立较为完善的缩尺理论。然而，在有水环境中，由于水体密度无法改变的原因，导致桥梁所受到的水动力作用无法完全满足相似定律，试验时水动力作用效果在缩尺模型中下降。近年所提出的水下振动台试验协调相似准则从理论上实现了水动力与地震力的协调缩尺，但在实际应用中存在诸多问题。为此，本文基于协调相似准则提出了一种挂板缩尺方法。通过对于桥墩模型的数值模拟，研究了水动力对于桥墩的作用以及挂板缩尺方法的效果。在此基础上，研究了挂板缩尺方法对于整桥模型的适用性。本文的主要研究内容和成果如下： （1）建立了考虑单向地震动和水动力耦合作用的水下振动台试验挂板缩尺方法，提出了百叶窗类型的挂板形式及其尺寸设计方法。通过使用ADINA软件进行有限元模拟，对比分析结构原型、传统缩尺模型和挂板缩尺模型在不同地震动以及不同水深下的响应，验证了挂板缩尺方法的可行性和适用性。通过桥墩有限元模拟结果可知，使用挂板后的缩尺模型与原型的桥墩响应模拟误差小于6%，而传统缩尺模型与原型的桥墩响应误差将随水深的上升而上升，最大达27%。 （2）基于上述研究建立了应用于双向地震动和水动力耦合作用的水下振动台试验双向挂板缩尺方法。通过有限元模拟对比结构原型、传统缩尺模型和挂板缩尺模型在不同地震动、不同桥墩截面高度和不同水深时的响应，验证了所提出的双向挂板缩尺方法的可行性和适用性。根据研究结果，在双向地震动下双向挂板缩尺桥墩模型与单向地震下挂板缩尺桥墩模型的试验模拟精度接近。 （3）研究了挂板缩尺方法在有水环境中隔震桥梁整体模型中的适用性。根据研究结果，对于周期较长的隔震模型，在普通地震动时水动力作用对于结构响应的影响可达11.59%，而在脉冲型地震动时的水动力作用的影响可达28.11%。采用传统缩尺方法时，缩尺模型结构响应均小于原型结构分析结果，最大误差可达24.09%；传统缩尺方法无法有效模拟水动力作用，可能造成对于桥梁抗震性能的高估。而使用挂板缩尺方法时，结构响应的模拟误差均小于5%。 |
| 作者： | 常文浩 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 石运东;吴邑涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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