星海灣近海橋墩動力響應(yīng)分析

發(fā)布時間：2020-10-30 02:33

　　隨著我國運輸業(yè)的迅猛發(fā)展,橋梁工程已成為交通發(fā)展的樞紐。近年來,近海橋梁在多地得以推廣和建設(shè)。近海橋梁多數(shù)處于深水區(qū)域,復(fù)雜的海洋環(huán)境對橋墩的沖擊直接影響橋梁的安全狀況和使用壽命。大連星海灣大橋作為國內(nèi)知名的近海大橋,橋墩長期處于深水水域中,受波浪、地震影響嚴重,對其進行動力響應(yīng)分析具有重要的工程價值與研究意義。本文以星海灣大橋橋墩為研究對象,結(jié)合動力學(xué)原理、地震理論和波浪理論,進行數(shù)值模擬分析,探討該橋墩分別在地震和波浪作用下的動力響應(yīng),并對數(shù)值結(jié)果進行對比分析,探討了相關(guān)因素的影響。主要內(nèi)容包含以下幾個方面:1、建立了橋墩數(shù)值分析模型,進行模態(tài)分析。依據(jù)星海灣大橋橋墩實際工程數(shù)據(jù),建立比較符合實際工況的橋墩有限元分析模型,進行模態(tài)分析,得到橋墩的頻率、振型等基本的動力特性參量。2、基于地震理論,考慮地震作用,進行橋墩地震響應(yīng)分析。利用動態(tài)時程法對橋墩進行地震響應(yīng)分析,分別討論了 Koyna地震波和EL-centro地震波兩種不同的地震波,分析在不同地震動峰值加速度情況下橋墩地震動力響應(yīng),得到相應(yīng)的地震響應(yīng)規(guī)律。3、基于波浪理論,考慮波浪力作用,開展橋墩和波浪的流固耦合分析。建立橋墩和波浪流固耦合分析有限元數(shù)值模型,運用明渠法構(gòu)造波浪,分別討論了不同的波浪類型、波高、波長等因素對橋墩動力響應(yīng)的影響,并對其影響規(guī)律進行了對比分析。通過對星海灣大橋橋墩進行地震效應(yīng)以及橋墩波浪流固耦合動力響應(yīng)分析,得到地震和波浪的諸多因素對橋墩的影響規(guī)律,對其它工程實際具有一定的參考和借鑒意義。
【學(xué)位單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U443.22
【部分圖文】：

事故圖,鐵路大橋,橋墩

成了不同程度的破壞１２］；?２００４年因印尼海嘯而引發(fā)的巨浪，摧毀了東南亞地區(qū)多國的諸??多橋梁工程［３］；?２００１年石亭鐵路大橋被洪水產(chǎn)生的波浪沖斷，使得鐵路交通運輸產(chǎn)生極??大困難１４］（如圖１．２）。研究分析波浪對橋墩的動力響應(yīng)，保證橋墩的正常使用具有重要??的現(xiàn)實意義。??圖１．２石亭鐵路大橋事故圖??Ｆｉｇ．?１．２?Ａｃｃｉｄｅｎｔ?Ｍａｐ?ｏｆ?Ｓｈｉｔｉｎｇ?Ｒａｉｌｗａｙ?Ｂｒｉｄｇｅ??跨海大橋橋墩長期處于復(fù)雜的海洋環(huán)境中，經(jīng)常遭受到不同形式的沖擊，其中地震??和波浪是危害橋墩使用狀況的主要因素之一。當(dāng)波浪撞擊橋墩時會產(chǎn)生相當(dāng)大的波浪沖??擊力，當(dāng)沖擊力到達一定程度會造成橋墩破壞。當(dāng)近海岸發(fā)生地震時，海底產(chǎn)生強烈振??動，會使橋墩及上部結(jié)構(gòu)發(fā)生強迫振動，可能會對橋梁工程產(chǎn)生破壞性影響。大連星海??灣大橋作為國內(nèi)知名的近海大橋，橋墩長期處于深水之中，受波浪、地震作用很是常見，??對其進行波浪、地震動力響應(yīng)分析，具有重要的現(xiàn)實意義與研究參考價值。??１．２橋墩動力分析研究現(xiàn)狀??１．２．１橋墩波浪力研究概況??對于深水橋墩，波浪作用是其重要的沖擊載荷之一，相關(guān)學(xué)者對其進行了很多研宄。??針對波浪因素，對相關(guān)文獻進行了歸納和總結(jié)，主要包括工程中常用的波浪理論、波浪??的模擬以及橋墩波浪力的研究與分析三個方面。??目前工程中常用的波浪理論有四種：線性（Ａｉｒｙ）波浪理論、Ｓｔｏｋｅｓ波浪理論、橢??圓余弦波浪理論和孤立波浪理論［５

示意圖,圓柱坐標(biāo),示意圖,傅里葉系數(shù)

形式展開為Ｂｅｓｓｅｌ函數(shù)的級數(shù)形式為：??＾?＝?ＡＡ?（峰。ｓＭＶｍ＜ＯＯＳ１?Ｉ?ｊｊｊ??，當(dāng)ｗ?＝?〇時，九＝ｉ；當(dāng)”ｐｉ時，久＝２／＂’；函數(shù)。該方程滿足自由面和水底條件及Ｌａｐｌａｃｅ。??同樣可以表達，為了滿足ｓｕｍｍｅｒｆｉｅｌｄ條件示展開式中傅里葉系數(shù)與ｒ的關(guān)系。而要滿足，由此〇＾求解式為：??〇Ｄ?（斤）ｃ〇ｓ（Ｍ），２．７９求得，將式２．８１和式２．８２代入式２．７９，Ｍｋ〇ｌ

立面圖,立面圖,橋墩