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Morison方程法在深水桥梁地震响应分析中的适用范围研究
| 论文题名： | Morison方程法在深水桥梁地震响应分析中的适用范围研究 |
| 关键词： | Morison方程法;深水桥梁;地震响应;适用范围 |
| 摘要： | 地震作用下，深水桥梁受力并产生变形的同时，周围水体也参与了运动。水体运动以动水力的形式反作用于桥墩，改变了桥梁的振动状态，对其地震响应产生显著影响。由于动水力往往加剧结构在地震中的破坏，因此动水效应是深水桥梁抗震设计必须要考虑的问题。在已有的针对动水效应的计算方法中，Morison方程法以物理概念清晰、简便实用等优势，得到国内外规范及研究者们的广泛采用。但由于其忽略了结构运动对水体的影响，Morison方程法有一定的适用范围，但至今为止，仍未见有关地震问题中Morison方程适用范围的定量研究。 针对Morison方程法在深水桥墩地震响应分析中的适用范围问题，本文以三个结构参数（桥墩入水深度比、桥墩长细比以及墩顶质量与墩身质量比）为控制变量进行研究。 本文主要的研究内容如下:1）分别利用势流体方法和Morison方程法考虑动水效应，分析深水桥墩的地震响应，基本理清了三个结构参数下动水效应对桥墩地震响应影响的规律。2）对比不同参数下Morison方程法和势流体方法模态分析及动力响应分析结果的差异。以Morison方程法相对势流体方法结果的误差大小为标准，界定Morison方程法在深水桥墩地震响应分析中的适用范围。3）对比简谐荷载与地震动荷载下Morison方程法与势流体方法计算结果的差异，验证不同荷载形式对Morison方程法适用范围的影响;引入单质点模型体系，从频谱特性的角度解释了有水单墩地震响应小于无水单墩地震响应的的现象;以及对比分析近、远场地震对Morison方程法动力响应结果的影响。 经过上述研究，得到以下主要结论:1)Morison方程法的误差在水深比小于40％时较小，且受桥墩的截面形式和桥墩长细比影响较小;在水深比R大于40％时，Morison方程法的误差会因单墩长细比的不同有较大差异。2）桥墩长细比是影响Morison方程法适用范围的直接指标。Morison方程法对于长细比小于16的单墩适用性差;对于长细比较大的单墩Morison方程法适用性好。3）墩顶质量与墩身质量比QT大于1时，较大墩顶质量的存在会一定限度地减小该单墩的Morison方程法误差，此时Morison方程法的结果的稳定性较高。4）简化Morison方程法以附加质量来考虑动水效应，是否起到增大响应的效果与所加荷载的频谱效应有关。5)近场地震能够引起结构较大地震响应同时也会放大了Morison方程法下动水效应的影响。 |
| 作者： | 卢浩 |
| 专业： | 城市轨道工程 |
| 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： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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