深水圆形高墩结构振动特性和动力响应分析方法对比研究

墩身动水附加质量对深水高墩结构的振动特性与地震动力响应影响较大,为研究动水附加质量计算方法的适用范围,利用有限元分析软件ADINA,分别基于势流体单元的流固耦合完全数值法以及基于Morison方程的动水附加质量法建立了深水圆形高墩结构的动力分析模型,通过对比分析两类模型的振动特性和地震响应,探讨动水附加质量模型的准确性及其适用范围。研究结果表明,水深宽度比对动水附加质量模型计算的深水高墩结构振动特性和地震响应的精度有明显影响,合理控制水深宽度比可以保证动水附加质量模型的精度。     

考虑动水压力的斜拉桥地震反应分析

结合长江三峡库区内的某双塔斜拉桥,采用W estergaard的附加质量方法来模拟水对桥墩的动水压力,通过大型有限元程序M IDAS/C ivil分别建立了没有考虑动水压力、考虑一半蓄水水位时的动水压力和考虑全蓄水水位时动水压力共三个该桥的计算模型,对该桥进行地震反应分析。期望本文的一些结论能对深水墩桥梁的抗震设计提供参考。     

动水压力对深水高墩大跨度连续刚构动力特性的影响

建立了江口嘉陵江大桥连续刚构设计方案的有限元模型,采用Morison修正公式将动水压力转化为附加质量,对比了3种工况下桥梁的自振特性。结果表明:对于高桩承台深水墩连续刚构,动水压力的影响不可忽略。     

深水多塔斜拉桥地震动水效应分析

地震荷载作用下,深水多塔斜拉桥的桥墩水下部分与周围水体之间相互作用会导致斜拉桥受到水体运动产生的动水压力的作用。为了解动水对其地震响应的影响规律,基于Morison方程,采用附加质量法来考虑地震动水压力对桥梁水下部位的作用。以某六塔斜拉桥为研究对象,分析了动水压力对多塔斜拉桥墩身内力反应的影响,同时还探讨了在不同地震波作用下水位对多塔斜拉桥地震响应的影响。研究结果表明,地震动水压力对墩身的弯矩和剪力均有一定的影响;水位对各墩底内力的动水效应系数的影响程度与地震波的频谱特性有关;总体上,地震动水压力对各墩底内力的影响随水位的上升而增加。对于深水多塔斜拉桥的抗震设计,考虑动水压力的影响以及水位的变化是有必要的。     

深水高墩桥梁的地震响应分析

通过对Morison方程和各种规范规定的动水计算方法的比较,最后选择在Morison方程的基础上,用附加质量考虑水的影响,计算深水桥墩的地震响应,得出矩形深水墩动水作用下桥梁地震反应,为进一步分析墩体遭地震破坏形式及破坏程度提供可靠数据保证。     

基于附加质量法的水与水池壁板动力相互作用分析

用于储存清水、污水等液体的钢筋混凝土矩形水池结构广泛应用于给水、排水等工业企业。在这类结构的抗震设计中,液动压力是一项主要的地震作用。基于Westergaard附加质量法考虑水平地震动下池中液体与水池结构的相互作用,对矩形水池的壁板进行了多遇地震作用下的有限元时程分析。对比了地震荷载作用下考虑液动压力与不考虑液动压力对水池壁板弯矩、剪力的影响,并与规范方法进行了对比。结果表明,考虑液动压力的附加质量法与规范方法的内力结果明显大于不考虑液动压力的计算结果,说明了考虑液体-结构动力相互作用的合理性。在设计中应当考虑水平地震动引起的动水压力对池壁的影响,初步得出了附加质量模型动力时程分析的基本规律。     

考虑动水压力的连续刚构桥地震反应分析

提出一种适用于计算深水桥墩的地震动水压力公式,并在有限元模型中采用附加质量的方法来考虑地震时动水压力的作用,用ANSYS程序对某连续刚构桥进行地震反应谱分析和时程反应分析,比较不考虑动水压力和考虑动水压力两种情况下的分析结果.分析表明,在各个截面,考虑动水压力时的地震反应内力和位移比不考虑动水压力时的地震反应内力和位移大,但两者相差不多.     

基于摩擦摆支座的深水高桩承台连续梁桥减隔震研究

以某深水高桩承台连续梁桥为工程背景,建立全桥空间动力计算模型,应用Morison方程将水对桥梁的动水压力效应等效为附加质量考虑。以摩擦摆支座的滑动曲面半径、滑动摩擦系数为主要参数,系统研究了其对深水高桩承台连续梁桥地震反应的影响规律,并探讨了摩擦摆支座在深水高桩承台连续桥中的减震效果。结果表明:1摩擦摆支座可显著降低深水高桩承台连续梁桥的地震反应,其滑动曲面半径、滑动摩擦系数的取值对桥墩墩底弯矩和支座位移的影响规律明显不同;2深水高桩承台连续梁桥墩底峰值弯矩随摩擦摆支座滑动曲面半径的增大而减小,随摩擦摆支座摩擦系数的增大而增大;支座位移峰值随摩擦摆支座滑动曲面半径的增大而增大,随摩擦摆支座摩擦系数的增大而减小;3摩擦摆支座对深水高桩承台连续梁桥下部结构的纵向内力及墩顶位移减震效果显著;4动水压力效应对高桩承台连续梁桥减震效果的影响很小。     

动水压力对高桩承台桥梁地震反应的影响

以各国规范提供的公式和Morison方程计算动水压力,在不同水深和不同地震动作用条件下分析动水压力对桥梁地震反应的影响,并以五〇四厂黄河大桥为工程实例建立其有限元模型,进行反应谱和线性时程反应分析。结果表明水的存在对桥梁动力特性和地震反应的影响较大,因此在进行桥梁抗震设计时有必要考虑动水压力的影响。     

基于不同动水压力计算方法的深水桥地震响应分析

采用流体声单元法、附加质量比法、Morison方程分析了桥墩在地震激励下所受动水压力影响,对比了不同方法下不同截面尺寸的正方形桥墩的一阶频率及一阶频率降低率,以及在动水压力对墩顶位移及墩底反力的影响。研究发现:随着截面尺寸的增大桥墩自振频率逐渐增大,一阶频率降低率逐渐减小,且减小幅度也逐渐缩小;在动水压力的存在影响下墩顶位移及墩底反力均有所增大,增大幅度随着桥墩截面尺寸增大的而逐渐减小,动水压力对墩顶位移及墩底剪力的影响较墩顶弯矩而言较大。Morison方程计算出的结果较为保守,随着截面尺寸的增大,附加质量比法与流体声单元则较为实用。     

跨断层桥梁非一致激励输入模型适用性研究

为研究适用于跨断层桥梁的地震动输入分析模型,以1座跨断层桥梁为例,分别计算了非一致激励位移输入模型和大质量法加速度输入模型的地震响应,探讨了2种输入模型的适用性及模型误差产生原因。结果表明:位移输入模型可考虑永久地面位移对结构地震响应的影响,能够真实反映跨断层桥梁在地面运动结束之后桥墩具有的残余内力和变形,适用于跨断层桥梁非一致激励地震响应分析,而大质量法加速度输入模型对此无法考虑,可能导致不合理也是不安全的计算结果;在运用通用有限元计算软件进行加速度输入模型多点激励分析时,应首先核查与拟输入加速度时程对应的位移时程是否存在永久地面位移,若存在永久地面位移,则建议改为位移输入模型进行计算,否则将可能得到失真的计算结果。     

考虑潮位及动水压力影响的在役海上风电塔地震响应分析

为了准确评价潮间带海上在役风电塔结构在地震作用下的动力特性,以某1 000 MW近海及潮间带风电场的风电塔为研究对象,考虑潮位和动水压力影响,对其进行了地震响应分析。基于附加质量法建立了风电塔有限元模型, 对平均水深条件和极端高潮位条件下的风电塔结构进行了动力分析,并研究了冲刷效应影响下风电塔结构的自振特性。结果表明:仅考虑潮位变化引起的动水压力对结构的动力响应影响并不大,各项动力性能指标变化均在5%以内;冲刷导致的海床上覆土层的变化将影响到结构的自振周期,进而可能导致风电塔附加振动。     

高架桥在多点地震激励下的时程分析方法研究

采用振动台与有限元模型相结合方法,将振动台试验中模型桥在多点地震激励下墩底加速度和位移传感器所采集的数据,按照大质量法与基底绝对位移法输入有限元模型中,对比了两种输入方法下直线连续梁型高架缩尺模型桥动力反应结果,指出基底绝对位移法输入比大质量法输入得到的有限元模型桥的各项动力响应结果与试验所得的真实结果的吻合度高。     

动水对斜拉桥结构动力响应影响研究

深水大跨径斜拉桥在地震荷载作用下,桥梁水下部分与周围水体之间相互作用必然导致斜拉桥受到水体运动产生的动水力的作用。在已有Morison动水理论的基础上提出了一种适用于深水大跨径斜拉桥动力时程反应分析的动水力简便计算方法,并应用于南京长江第三大桥,分析了动水对斜拉桥结构的动力特性和地震反应的影响。研究发现:水与斜拉桥下部结构相互作用会使斜拉桥自振频率有所减小,其中第一阶自振频率相对无水时减小了8.24%;地震作用下动水对斜拉桥结构各个构件地震动力反应都有显著的影响,使主梁弯矩最多增大了7.73%,最不利桩位底部弯矩增大了14.22%。在深水斜拉桥结构进行抗震设计中,动水对斜拉桥动力响应的影响不容忽略。     

不同环境荷载激励下考虑流固耦合效应的深水桥墩响应分析

为探讨不同环境荷载组合激励下,动水压力对深水桥墩结构响应的影响程度,本文基于非线性Morision方程,同时考虑附加质量效应和流固耦合效应,对深水桥墩结构在波浪、冰荷载和地震3种环境荷载单独作用下,以及不同组合形式共同作用下的结构响应进行数值分析.计算结果表明:结构各项参数,包括长细比、墩高以及水深都将会对动水压力影响...     

动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响

地震激励下水与桥墩的相互作用会对桥墩产生动水压力,本文研究动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响,对提高深水桥墩长大桥梁的抗震安全性尤为重要。分别采用Morison方程和辐射波浪理论,建立了动水压力计算方法,分析了动水压力作用对桥墩地震响应的影响,并比较了两种方法计算的动水压力对桥墩地震响应影响的差异;分析了考虑土-结构相互作用时以及双向地震作用下动水压力作用对桩基桥墩地震响应的影响。研究表明:动水压力作用不仅会改变桥墩的动力特性,而且会增大桥墩的地震响应,其影响随相对水深的增大而增强;当桥墩迎水面宽度较大时,采用Morison方程计算的动水压力对桥墩地震响应的影响明显大于采用辐射波浪理论计算动水压力的影响;考虑土-结构相互作用会降低动水压力对桥墩地震响应的影响,但其影响仍不容忽视;考虑双向地震作用会加剧动水压力对桥墩地震响应的影响。由此得出结论,在深水桥墩长大桥梁的抗震分析中,需考虑动水压力作用对桥墩地震响应的影响。     

水位变化对深水柱式桥墩地震反应的影响

以深水柱式桥墩为研究对象,以ABAQUS有限元软件为计算平台,用附加水质量法考虑水对桥墩地震反应的影响,采用3条傅氏谱频谱特征明显不同的地震波,考虑了土体和桥墩混凝土的非线性特征,分析了水位变化对深水柱式桥墩地震反应的影响.结果表明:在不同地震波作用下,水位变化对柱式桥墩的墩顶相对墩底位移、加速度、剪力和弯矩反应均有一定的影响,除个别工况外,其影响规律基本一致.对于深水柱式桥墩抗震设计计算,在考虑水的影响的同时,还要考虑水位变化的影响,这样更符合工程实际情况.     

深水桥墩流固耦合下的自振特性研究

首先探讨了深水桥墩流固耦合下动力特性研究的有限元理论和建立计算模型的方法。研究了桥墩墩水耦合分析中流体单元网格尺寸、流体范围对深水桥墩动力特性数值解精度的影响,得出了工程中常见的墩水耦合分析较优水体单元尺寸和理想水体范围图。计算分析了矩形、圆形和圆端型截面深水桥墩的自振特性,实心墩在水中的自振频率降低10%～20%之间。空心墩频率降低幅度大于实心墩,与截面尺寸和壁厚密切相关。水体对空心墩的振型也有一定影响。进一步研究了淹没深度、桥墩截面尺寸以及空心墩壁厚对深水桥墩频率降低幅度的影响,得到有益的结论。该研究方法以及相关结论可以对墩水耦合问题的进一步研究以及工程应用提供参考。     

某高速铁路钢-混连续结合梁桥车桥动力响应分析

考虑栓钉连接件的柔性,针对一座3跨钢-混凝土铁路连续结合梁实桥建立有限元模型,对其自振特性进行分析,并与试验结果进行对比。经研究发现:柔性栓钉连接件所引起的滑移对结合梁的动力响应有重要影响。基于上述分析,进行了高速列车荷载作用下结合梁动力响应分析,计算了桥梁和车辆的各种动力指标的最大值:包括冲击系数、桥梁的竖向和横向动位移及动加速度、机车和车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向和竖向加速度及横向和竖向平稳性指标(Sperling指标),并与实测结果进行了对比,结果吻合较好。     

强震作用下冰厚对桥墩动力反应的影响研究

在考虑了冰–水–桥墩流固耦合作用的基础上,建立地震作用下不同冰厚时的冰–水–桥墩流固耦合动力方程,并以冰水域中矩形桥墩为研究对象,分析地震作用下冰厚对矩形桥墩动力响应及动水压力的影响。结果表明:地震作用下,墩底最大弯矩和剪力以及桥墩侧面动水压力随着冰厚的增加而增大,且当冰厚超过0.5 m时,墩底弯矩和剪力随着冰厚的增加影响程度越来越大,墩底最大弯矩和剪力变化率分别相差88.71%和98.15%,但对桥墩侧面动水压力已基本无影响。墩身位移与加速度随着冰厚的增大而增大,其中墩身加速度变化率最大达到45.08%。因此,在进行冰水域桥墩抗震设计时应着重考虑冰厚大于0.5 m时对结构地震反应的影响。