第1章 引言

在當(dāng)今的社會(huì)，世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各國的交通方式都在不斷地創(chuàng)新，，更加方便快捷。每個(gè)國家都在努力建設(shè)有利于社會(huì)發(fā)展的公路交通方式。在這交通便利的時(shí)代里，公路交通的作用尤為的突出，橋梁的建設(shè)就顯得更加的重要。隨著經(jīng)濟(jì)法展，我國在橋梁的建設(shè)項(xiàng)目中有很多的研究方向，在這之中很多的橋梁建設(shè)都是屬于深水橋梁。之所以稱謂深水橋梁是因?yàn)闃蛄旱臉蚨蘸突A(chǔ)部分大多是處于深水之中的。這種橋梁的優(yōu)點(diǎn)就是在于深水的因素可以對(duì)設(shè)計(jì)方案和實(shí)施建設(shè)的方面有特殊作用，而且深水的地理位置可以對(duì)橋梁起到直接的作用。在我們橋梁外觀的類型選擇中，深水埋深位置的確定以及作用力計(jì)算等一些問題的研究都會(huì)與水深的問題有著不可分說的聯(lián)系。

根據(jù)當(dāng)前的深水橋梁的建設(shè)來看，我們可以利用橋梁建設(shè)的場(chǎng)地類型將其分為三種。首先，像蘇通公路大橋、位于長江上的南京三橋（水深的深度可以達(dá)到46米），這種屬于建在比較大的深水河流上的橋梁。其次，像位于紫坪鋪水庫地區(qū)的廟子坪崛江大橋，奉節(jié)的長江公路大橋，而且長江公路大橋在蓄水時(shí)橋墩的淹沒可以深達(dá)95.784到83.591米左右，這種類型的深水橋梁都是建設(shè)在一些較大型的庫區(qū)電站之中，橋墩都是在很深的水中建設(shè)的。最后一種則是像我國建設(shè)的瓊州海峽、珠江口伶仃洋、杭州灣、長江口、渤海海峽這五大橋梁屬于跨海式的深水橋梁。這五個(gè)大型的跨海橋梁的建設(shè)都是屬于特大型的項(xiàng)目工程，像剛剛開始通車的杭州灣大橋一是屬于這五大工程之一。還有像歐洲的大帶海峽橋也是這種跨海式的深水橋梁。

目錄

第1章 引言 9
第2章 緒論 12
2.1 研究背景與意義 12
2.2 水與結(jié)構(gòu)相互作用的研究現(xiàn)狀 14
2.2.1 水與結(jié)構(gòu)相互作用理論 14
2.2.2 水與結(jié)構(gòu)相互作用的分析方法 15
2.3 近場(chǎng)地震對(duì)結(jié)構(gòu)影響的研究現(xiàn)狀 23
2.4 研究目的 25
2.5 本文主要內(nèi)容 26
第3章 墩-水相互作用與耦合分析 27
3.1 流固耦合方法 27
3.1.1 流固耦合問題的計(jì)算方法 27
3.1.2 FSI流固耦合分析 28
3.2 MORISON方程 29
3.2.1 Morison方程法 29
3.2.2 矩形橋墩的計(jì)算 30
3.3 輻射波浪理論 31
3.3.1 基本方程 31
3.3.2 矩形空心橋墩內(nèi)域水體輻射波浪速度勢(shì)的求解 33
3.3.3 矩形空心橋墩外域水體輻射波浪速度勢(shì)的求解 37
第4章 深水懸臂橋墩動(dòng)力特性分析 44
4.1 深水橋墩動(dòng)力反應(yīng)特性 44
4.1.1 勢(shì)流理論簡(jiǎn)介 44
4.1.2 半解析半經(jīng)驗(yàn)Morison 方程 52
4.2 深水橋墩動(dòng)力特性 53
4.2.1 基于勢(shì)流理論和Morison 方程的計(jì)算模型簡(jiǎn)介 53
4.2.2 基于勢(shì)流理論的深水橋墩動(dòng)力特性 54
4.2.3 勢(shì)流理論與Morison 方程計(jì)算深水橋墩動(dòng)力特性的結(jié)果比較 56
4.3 深水橋墩動(dòng)力響應(yīng)分析 59
4.3.1 基于Morison 方程的深水橋墩動(dòng)力響應(yīng)分析 59
4.3.2 Morison 方程速度力系數(shù) 的討論 61
4.3.3 基于Morison 方程和勢(shì)流理論的結(jié)構(gòu)響應(yīng)比較 62
4.4 本章小結(jié) 63
第5章 深水懸臂橋墩地震響應(yīng)分析 64
5.1 利用有限元法計(jì)算水-結(jié)構(gòu)相互作用的數(shù)值方法 64
5.2 有限元計(jì)算模型的建立及自振特性分析 65
5.2.1 基于勢(shì)流體的ADINA 有限元模型 65
5.2.2 基于Morison 方程的ADINA 有限元模型 67
5.2.3 模態(tài)分析結(jié)果 68
5.3 地震動(dòng)力計(jì)算參數(shù) 70
5.3.1 地震動(dòng)選取和輸入方法 70
5.3.2 流固耦合體系的靜力分析 72
5.3.3 阻尼的確定 72
5.4 地震響應(yīng)結(jié)果分析 73
5.4.1 水深比h/H=0.8 時(shí)的地震響應(yīng) 73
5.4.2 水深比h/H 對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響 80
5.5 本章小結(jié) 84
第6章 某橋在深水下的動(dòng)力與地震響應(yīng)分析 85
6.1 工程概況及有限元模型 85
6.2 動(dòng)力特征計(jì)算 89
6.2.1 橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性計(jì)算方法 89
6.2.2 橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的計(jì)算 90
6.3 MORISON方程與輻射波浪計(jì)算結(jié)果 96
6.3.1 Morison方程的計(jì)算結(jié)果 96
6.3.2 輻射波浪理論的計(jì)算結(jié)果 111
6.4 本章小結(jié) 136
第7章 動(dòng)水壓力的影響分析 137
7.1 橋梁地震響應(yīng)計(jì)算 137
7.2 周期對(duì)動(dòng)水壓力的影響 138
7.3 相對(duì)水深對(duì)動(dòng)水壓力的影響 145
7.4 不同方法計(jì)算的動(dòng)水壓力比較 158
7.5 結(jié)構(gòu)質(zhì)量對(duì)動(dòng)水壓力的影響 159
7.6 本章小結(jié) 163
第8章 總結(jié)與展望 164
8.1 總結(jié) 164
8.2 展望 165
致謝 166
參考文獻(xiàn) 167
個(gè)人簡(jiǎn)歷、在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果 174

第8章 總結(jié)與展望

8.1 總結(jié)
采用流固耦合方法、Morison方程方法和輻射波浪理論方法，分別對(duì)某橋和某橋的一個(gè)橋墩進(jìn)行有限元分析，考慮動(dòng)水壓力對(duì)橋墩地震響應(yīng)的影響，分析了不同水深、自振周期和結(jié)構(gòu)質(zhì)量對(duì)動(dòng)水壓力的影響，比較了不同方法考慮水附加質(zhì)量對(duì)橋墩的地震響應(yīng)影響。得出了如下結(jié)論：
①處于深水中的橋梁，水壓力對(duì)橋墩的地震響應(yīng)影響是不能忽視的，動(dòng)水壓力改變了橋墩的動(dòng)力特性及響應(yīng)特點(diǎn)，增大了橋墩的地震響應(yīng)值。
②動(dòng)水壓力對(duì)橋墩結(jié)構(gòu)的影響還與相對(duì)水深、結(jié)構(gòu)自振周期、結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量有關(guān)。隨著相對(duì)水深的增加，動(dòng)水壓力對(duì)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)值影響也在增大，對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)值的影響程度也在增大；動(dòng)水壓力的影響程度與橋梁的總質(zhì)量有關(guān)，隨著附加質(zhì)量在原結(jié)構(gòu)質(zhì)量中占的比重越大，動(dòng)水壓力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響就會(huì)增大；動(dòng)水壓力的作用以附加質(zhì)量的形式考慮時(shí)，相當(dāng)于增加了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，延長了結(jié)構(gòu)周期，因此動(dòng)水壓力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響還與結(jié)構(gòu)本身的周期有關(guān)，隨著結(jié)構(gòu)自振周期的增大，動(dòng)水壓力的作用隨之減小。
③動(dòng)水壓力的影響程度受計(jì)算項(xiàng)目的影響。對(duì)墩頂位移和墩底彎矩的影響相對(duì)較小，對(duì)墩底剪力的影響較大。
④采用FSI考慮墩一水相互作用進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)：考慮墩一水耦合作用橋墩的頻率都小于不考慮水作用橋墩的頻率，墩一水耦合作用增加了墩底應(yīng)力和墩底剪力。
⑤采用輻射波浪理論方法計(jì)算動(dòng)水壓力對(duì)橋墩地震響應(yīng)的影響要大于采用Morison方程方法計(jì)算的動(dòng)水壓力對(duì)橋墩地震響應(yīng)值的影響，這是因?yàn)檩椛洳ɡ死碚撚?jì)算時(shí)考慮了內(nèi)域水的附加質(zhì)量，而Morison方程法沒有考慮內(nèi)域水的附加質(zhì)量。
⑥對(duì)比只考慮外域水附加質(zhì)量的輻射波浪理論方法和Morison方程方法，兩種方法計(jì)算的動(dòng)水壓力結(jié)果很接近，影響率的變化趨勢(shì)和數(shù)值也很接近。
⑦比較兩種方法與規(guī)范方法計(jì)算的動(dòng)水壓力值，本文在5m以上，兩種方法計(jì)算的動(dòng)水壓力值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采用規(guī)范規(guī)定的動(dòng)水壓力值，用規(guī)范法計(jì)算深水橋墩的動(dòng)水壓力是偏不安全的。

本文編號(hào)：369770