深水橋墩流固耦合下的自振特性研究.pdf

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1、四川建筑科學(xué)研究第38卷第3期l64SichuanBuildingScience2012年6月深水橋墩流固耦合下的自振特性研究楊萬(wàn)理，李喬(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031)摘要：首先探討了深水橋墩流固耦合下動(dòng)力特性研究的有限元理論和建立計(jì)算模型的方法。研究了橋墩墩水耦合分析中流體單元網(wǎng)格尺寸、流體范圍對(duì)深水橋墩動(dòng)力特性數(shù)值解精度的影響，得出了工程中常見(jiàn)的墩水耦合分析較優(yōu)水體單元尺寸和理想水體范圍圖。計(jì)算分析了矩形、圓形和圓端型截面深水橋墩的自振特性，實(shí)心墩在水中的自振頻率降低10％～20％之間?？招亩疹l率降低幅度大于實(shí)心墩，與截面尺寸和壁厚密切相關(guān)。水體對(duì)空心墩的振型也有

2、一定影響。進(jìn)一步研究了淹沒(méi)深度、橋墩截面尺寸以及空心墩壁厚對(duì)深水橋墩頻率降低幅度的影響，得到有益的結(jié)論。該研究方法以及相關(guān)結(jié)論可以對(duì)墩水耦合問(wèn)題的進(jìn)一步研究以及工程應(yīng)用提供參考。關(guān)鍵詞：橋墩；流固耦合；自振頻率；有限元方法中圖分類(lèi)號(hào)：TU311．3；U441．3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008—1933(2012)03—164—07Naturalvibrationpropertiesanalysisofdeep-waterpiersbasedonfluidstructureinteractionYANGWanli．LIOiao(SchoolofCivilEngineering，South

3、westJiaotongUniversity，Cbengdu610031，China)Abstract：Thefiniteelementtheoryoffluidstructureinteractionhasbeenstudiedandanewmethodtomodehngpier—watercouplinghasbeenintroducedfirstly．Thenthefluidelementmeshsizeandfluidscope，whichaleinfluencingfactorsofcalculationprecision，havebeendiscussed，SOastoach

4、ievebetterfluidelementmeshsizeandappropriatefluidscopeforcommonlyusedpiersinengineering．Naturalvibrationpropertiesofrectangularpiers，circularpiersandround—endedpiershavebeencalculated，whichshowsthatvibrationfrequencyofsoliddeep—waterpiersdescend10％～20％thanthatinair，andhollowdeep—waterpiersdescend

5、morethansolidonesthevibrationfrequencyofhollowdeep—waterpierismainlyafectedbysectiondimensionandwallthickness，andvibrationmodeistobeafectedalso．Further，theinfluenceparametersoffrequencydecreaseddegreesuchaswaterdepth，piersectiondimensionandwalthicknessofhoflowpierhavebeenresearched，andusefulresul

6、tshavebeenachieved．Keywords：piers；fluidstructureinteraction；vibrationfrequency；finiteelementmethod深度將達(dá)近100ITIl1-2]。當(dāng)前的橋梁設(shè)計(jì)中，大多數(shù)U刖吾是將橋墩周?chē)牧黧w考慮為空氣，而非水體。彈我國(guó)在西部山區(qū)和庫(kù)區(qū)以及跨越大河、海灣處性結(jié)構(gòu)在不同的流體介質(zhì)中的動(dòng)力特性有所不建設(shè)了很多深水橋梁。這些深水橋梁所在的地域多同H]，空心薄壁結(jié)構(gòu)中的流體也會(huì)影響結(jié)構(gòu)的動(dòng)力處于地震多發(fā)區(qū)。在汶川地震中發(fā)生落梁震害的廟特性J，因此有必要對(duì)深水橋墩在水中的動(dòng)力特性子坪大橋，是典型的深水橋梁。橋墩作

7、為橋梁的下進(jìn)行深入研究。本文探討如何計(jì)算水體對(duì)橋墩動(dòng)力部承載結(jié)構(gòu)，對(duì)整個(gè)橋梁的安全和穩(wěn)定起著重要作特性的影響；研究深水橋墩進(jìn)行流固耦合分析時(shí)流用。在汶川地震中的廟子坪大橋，橋墩出現(xiàn)了不同體單元?jiǎng)澐殖叽?、水體范圍大小的選??；計(jì)算分析水程度的傾斜，有較大的墩頂位移，出現(xiàn)了落梁震害。體對(duì)工程中常見(jiàn)的矩形、圓形和圓端型橋墩頻率和該橋主墩分別高102．4和99．5m，在地震時(shí)淹沒(méi)深振型的影響，并研究淹沒(méi)深度、截面尺寸、空心墩壁水分別為48．7