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深水双肢薄壁墩流场及动力响应研究
| 论文题名： | 深水双肢薄壁墩流场及动力响应研究 |
| 关键词： | 深水双肢薄壁墩;流固耦合;双柱绕流;流场结构;阻力系数 |
| 摘要： | 随着我国经济以及交通基础设施建设的发展，跨江跨海跨水库的大桥修建方兴未艾。双肢薄壁墩因其支承上部结构、保持桥墩稳定的同时还能适应上部结构变位的需求，在大跨连续刚构中应用广泛。深水双肢薄壁墩两肢间距较小，在尾流影响区间范围内，流场及动力响应较单墩更为复杂，本文采用计算流体软件FLUENT对其流场进行分析；采用WORKBENCH中的MODALACOUSTIC模块对双肢薄壁墩进行模态和谐响应分析；采用ANSYSAPDL编程对涉水双肢薄壁桥墩进行了地震时程分析。论文主要工作如下： 第一、查阅参考文献，回顾已有的双柱绕流和深水桥墩流固耦合的研究现状。 第二，在介绍了计算流体力学理论和流固耦合理论的基础上，分别对计算流体力学的湍流模型以及网格、流固耦合的建模方法进行了验证，得到合适用于后文计算的模型。 第三，采用FLUENT对超高雷诺数下的单矩形柱、并列双矩形柱和串列双矩形柱的脉动升阻力系数、流场结构等进行了分析，得到了流场结构、脉动升阻力系数、升力系数均方根以及阻力系数均值等随着间距比、长宽比的变化规律。结果表明，并列矩形柱的流场与单柱显著不同，当B/D=2时，在1≤d≤4之间存在两个临界间距比将流场分为三种结构；在间距比d=1和2下，长宽比影响双柱之间的压力分布，在3≤B/D≤4之间存在临界值，影响升力系数以及漩涡脱落情况。串列矩形柱的流场与单矩形墩柱不同，当B/D=2时，存在两个间距比，在b增大的过程中，仅b=2时后柱的阻力系数均方根大于后柱；随着长宽比增大，后矩形柱的侧壁给予了前柱脱落漩涡的充分发展空间，使得后矩形柱的漩涡脱落也能明显观察到规律。 第四，采用WORKBENCH中的MODALACOUSTIC模块考虑了入水深度、长宽比和双肢间距对结构动力特性及稳态响应的影响，着重研究了双肢薄壁墩基频受各参数的影响程度，并对各参数对稳态响应曲线和动水压力分布的影响进行了分析。采用ANSYSAPDL语言编写了流固耦合分析命令流，对深水双肢薄壁墩进行了地震时程分析，着重考虑了地震波、入水深度、长宽比和双肢间距对桥墩内力响应分布和动水压力分布的影响。结果表明，对于深水双肢薄壁墩，入水深度和长宽比对结构的动力特性影响较大，而双肢墩间距影响较小；入水深度增大会使稳态响应的两个峰值发生频率减小，长宽比增大会导致峰值响应增大，但第一和第二峰值发生频率规律不同，双肢间距对稳态响应影响较小，峰值差距在10%以内；地震作用下双肢薄壁墩周围动水压力分布呈现相同的规律，随着长宽比增大，墩底剪力相对于无水情况的增长率越来越大，双肢间距增大导致动水压力减小。 |
| 作者： | 李瑞 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 薛晓锋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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