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《北京科技大学》 2009年
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考虑流固耦合的地震作用下水与桥墩相互作用研究

张国明  
【摘要】:二十一世纪,国内外将要规划和建设一些大型的桥梁工程,特别是沿江(河)城市已建或将要建立许多跨江(河)桥梁以形成多重环线交通。而且我国是一个地震多发的国家,其中Ⅶ度以上的地震区约占国土面积的一半。 目前在我国的桥梁抗震设计领域,对流体-结构动力相互作用这一问题尚缺乏深入研究。许多重大工程,尤其是一些大跨桥梁工程,比如我国正在建设的跨海大桥工程中,波浪、流体的作用就不容忽视。在这种背景下,进行地震下水与桥墩的相互作用研究是非常必要的。 本文主要进行的工作包括以下几个方面: (1)总结了大跨度深水桥梁的建设与发展前景及特殊环境对大跨度桥梁提出的新要求,并调查了流体与结构相互作用问题的研究现状,在此基础上指出了目前该领域中存在的问题。 (2)针对目前动水压力的计算方法,比较了中日规范在计算动水压力方法上的异同,研究发现日本规范在几种工况下的动水压力计算值是同等条件下的中国规范计算值的3到4倍。 (3)选择水深为40m的南京长江三桥为背景,按照相似理论设计缩尺为1:50的桩承台桥墩模型,并将该桥墩在有水和无水两种条件下开展了大型振动台试验,分析了桥墩在这两种条件下的动力特性、加速度、应力应变以及水压力的异同,其中桥墩的自振频率由无水时的9.16Hz减少到有水时的6.72Hz,正弦试验中有水与无水情况下测得的加速度相比有明显的相位差,且加速度最大增幅为22.4%,地震波试验中加速度最大增幅为40.0%,应变、位移也有相应的增幅。因此动水压力的作用非常明显,在桥梁抗震设计中须做专题研究。 (4)对水中桩承台桥墩进行了数值模拟,分析了南京长江三桥南塔墩桩承台在地震作用下的动力反应,并与振动台试验的分析结果进行比对,结果表明数值模拟结果与试验结果相吻合。
【学位授予单位】:北京科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:U442.59

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【参考文献】
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