深水对矩形截面高墩桥梁地震响应的影响分析

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考虑波浪作用下的深水桥墩地震响应分析

考虑波浪作用下的深水桥墩地震响应分析林曾;袁万城【摘要】Earthquake and wave action may be applied to bridges crossing sea in deep water at the same time, it is very important to analyze the dynamic responses of bridges in deep water under earthquake and wave action, besides, this problem is not well solved. Taking a common bridge pier in deep water as an example, the wave action effect on the seismic response of this pier is investigated. The analysis method of the seismic response of this pier considering wave action is established. The dynamic response analyses of this pier under 3 working conditions that contain the earthquake action only, wave action only and earthquake action considering wave action are then conducted. The major conclusions are that, the dynamic responses of bridge pier in deep water are increased because of earthquake induced hydrodynamic pressure,and the influence of hydrodynamic pressure is related to the spectral characteristics of earthquake waves. Compared to the seismic response value ,the wave action response value of this pier is very small. But the seismic response difference between considering wave action and not considering is very big. Seismic responses of bridge in deep water considering wave action can not be obtained by combining seismic response and wave action dynamic response by superposition.%跨海深水桥梁会受到地震和波浪的共同作用，研究地震和波浪共同作用下的深水桥梁动力响应问题具有非常重要的意义，并且该问题一直没有得到很好解决。

水深对刚架桥深水墩抗震性能影响的数值模拟

１６ｍｓ４０／。
为了方便计算，本文将水下承台及以下部分简化成桥墩，所以计算模型中的桥墩高度为３．ｍ圆柱体。为了满９８的
足计算需要，水体的厚度需要大于桥墩半径的５。本文中倍为了计算的精确性，桥墩周围的水环境取为内径０７，外径．ｍ
是这些公式均破坏现象，以至造成巨大的灾难。因此，在设计桥墩时，考虑其动力稳定性非常必要。我国《路工程抗震设铁计规范》 “ 定：梁式桥跨结构的实体桥墩，在常水位以规下，水深超过５时，应计入地震动水压力对桥墩的作用。ｍ但是，国内外桥梁工程抗震设计规范的使用范围都是有限的，国内外现有的桥梁工程抗震设计规范只适用于中等跨径的普通桥梁，美国的￣ＳＴ规范和我国公路工程抗震设ＨＯ计规范的使用范围为１０，日本为２０，超过这个使用范５ｍ０ｍ围的大跨度桥梁的抗震设计则无规范可循。地震激励下，桥梁墩基与周围水休之间的动力作用很复杂，水体不仅能改变墩基的动力特性，而且还能对墩基产生额外的附加动水压力。Ｌａ和Ｃｏｒ指出，在地震ｉｗｈｐａ作用下周围水介质的动水压力对基础的动力行为有重要的影响。水体与墩基结构相互作用，相互影响，即水体的动水压力分布和大小是墩基结构发生位移和产生变形的主要原因；而同时墩基的变形对水体的动水压力分布的大小又具有很大的影响。为了考虑流体和桥墩的相互作用，有学者做过大量的

深水桥梁基础地震反应研究

深水桥梁基础地震反应研究摘要：本文针对我国深水桥梁建设中广泛采用大型群桩基础的现实情况，为满足深水桥梁抗震分析和抗震设计的需求，本文对深水基础桥梁地震水力效应的方法进行了研究。

关键词：桥梁；深水桥梁基础；地震反应在以往我们通常都采用加大桥梁跨径来跨越深沟峡谷或者是大江大河这类沟壑山涧，但若是采用更为经济合理的高桥墩则能够使桥式能够得以更好形式的应用，因此桥梁技术受到越来越多的人们的关注。

近些年来在我国西北、西南等地区交通发展非常迅速，桥梁技术的应用较为广泛，但是在很多位于高震区、地域形势复杂的区域对于桥梁经受地震方面的经验相对缺乏，因此，研究桥梁的动力特性以及桥梁对地震的反应有着非常重要的意义。

一、深水桥梁对地震反应的主要特点在一些高震地区或地形较为复杂的区域，由于水中结构在受到地震的作用下其运动会使结构周围的水体呈辐射式波浪运动，因为水和结构的运动是相对的，所以水会在结构水下部分作用有动水压力。

结构的动力相应以及结构的动力特性都会受到该动水压力的影响。

近些年来，我国对水和结构之间的影响做出不懈的努力研究，研究表明水对运动中的结构所产生的作用其主要表现为惯性力和阻尼力这两种形式。

在地震的作用下，深水桥墩或者基础在水中振动所引起的动水附加惯性力将对下部结构以及整个桥梁的内力相应和动力特性产生非常大的影响。

所以在各方面我国对桥梁技术的研究中，都会考虑到地震反应这一因素，其表现在海洋平台、大坝以及码头等结构的抗震分析中都着重考虑到水对结构的影响。

二、耦合地震相应研究的现状流固祸合振动这一问题在深水桥梁中主要体现在水—桥墩的相互作用。

它是一种典型的多学科综合问题，这一问题涉及到流体力学、动力学、固体力学、力的相互作用等学科，涉及面非常广。

H.M.westergard在1933年发表了其著名的论文《地震作用时作用在坝面上的动水压力》后，液固耦合振动问题就引起了全世界众多学者的关注，通过数十年的结合海洋平台、海岸防波堤以及大坝和深水桥方面等实际工程，大大推进了液—固耦合理论的研究，并取得了大量的科研成果，一些成果又已经应用到实际工程中去。

地震作用下深水桥梁响应分析

地震作用下深水桥梁响应分析摘要：总结了动水压力对桥墩的影响机理，总结了目前对动水压力的计算方法，分析了地震作用下深水桥梁的响应特征。

研究表明：目前计算结果精确高效经济，一般采用半解析半数值的方法来求解动水压力。

现有研究中研究中采用的桥墩形式较为简化和单一，桥墩截面形式大多为圆形、矩形常规截面，而在现实工作中截面形式复杂多样，应该进行更多形式的深水桥梁地震响应研究。

关键词：深水桥梁；动水压力；Morision方程引言随着我国经济的快速发展，对交通运输业的要求也越来越突出。

随着我国对交通基础设施的大力建设，道路里程越来越长，桥梁数量也在快速增加，并且许多桥梁需要跨越江河湖泊以及水库。

而在我国西南地区这类桥桥梁数量众多，并且该地区也是我国地震多发地带，而桥墩是桥梁的主要抗震构件，地震对其影响不容忽视。

深水桥梁与陆上桥梁有很大不同，在地震荷载作用下，深水桥墩与周围水体发生相互作用。

首先是在地震作用下桥墩发生水平位移对手水体产生影响，而水体在激励下也会反作用与桥墩，从而产生墩水耦合效应增大桥墩的地震响应，因此明确认识墩水耦合作用机理，建立合理有效的墩水耦合抗震分析方法，不仅可以保障人民生命财产安全，也将节约国家经济成本建设，因此对我国交通事业的发展和提高深水桥梁抗震设计有重大意义。

有许多学者对深水桥梁抗震进行了研究，本文将继续对深水桥梁响应进行分析。

1、动水压力作用机理地震激励下，水与结构两相介质之间存在相互作用。

结构在地震激励下会产生运动或变形，其运动或变形改变了流体荷载的分布和大小，流体荷载产生的动水压力又反过来影响结构的运动或变形，是典型的流固耦合振动问题。

2、地震动水压力计算对于动水压力的计算，国内外学者已经进行了大量研究。

主要有以下几种方法一是基于Morision方程的附加质量法，二是辐射波浪法，三是数值法。

2.1Morision方程它是一个半经验半理论的方法，当桥墩横向尺寸较小时（d/l≤0.2），假定其存在对波浪运动无显著影响，桥墩的动水压力可根据半经验半解析的Morision 方程得到。

深水高墩桥梁的地震响应分析

假设桥墩结构由多个单元组成，基为刚性，地上部结构简化成集中质量单元。由地震下动水作用的结构体系的动力平衡方程
６质量保证体系及质量管理
为保证Ｔ梁预制质量，从组织上保证质量管理力度，安全对质量部管ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ人员进行分工负责有章可循。
ＬＵＳｕ－ｎ ‘ ＪＡＪｎｍｉｇＩｈｎｊｇＩｉ－ｎｉａ（．ａｗｙＣｍｕｉｔｎＣｍａｙｏｔｍｈＢｒｕｏｈｎａｗｙＣｍａｙＧｏｅｉｎ０４０，ｈｎ；ＩＲｉａｏｍｎｃｉｏｐｎＳｅｕｅＣｉａＲｉａｏｐｎ，ａｂｉａ７００Ｃｉａｌａｏｆ￣ｅａｆｌｄ２ＳｉｚｎｎａｗｙＶｃｔｎｌｎｅｈｉｌｏｅｅＳｉｚｕｎ０４，ｉ）．ｈｉｈｇＲｉａｏａｉａｄＴｃｎｃｌｇ，ｈａｈａｇ００１ＣｎｊａａｌｏａａＣｌｉｆ５ｈａ
深水高墩桥梁的地震响应分析
毕延超
（广东广珠西线高速公路有限公司，广东广州５００１００）
摘
要：通过对Ｍｏｓｎ方程和各种规范规定的动水计算方法的比较，后选择在Ｍｏｉｎ方程的基础上，ｉｒｏ最ｒｏｓ用附加质量考虑水的影
文献标识码：Ａ
其中，Ｄ为方柱体迎波面的长度；ｓ为方柱体的截面积；（，）ｖｚｔ
复杂的问题，国内学者李成玉、高学奎、赖伟想等都应用刚性地基为波流场中水体的水平速度；（，为水平加速度。Ｖｚｔ）假设、半解析半数值等不同方法对动水压力进行了分析。公路工忽略墩体对水运动的影响，由式（）１得地震下波动力方程：程、工建筑物等一系列抗震设计规范都对动水压力用附加质量水ＣＡ［一ｘ—Ｘ）（一一）］。（ ‘ Ｉ１＋ｇ的方式做了相应的规定，事实上，对于超过４０ｍ水埋没深度的桥

深水桥梁的地震响应研究的开题报告

深水桥梁的地震响应研究的开题报告
一、选题背景及意义：
深水桥梁是指横跨在深海水域中的桥梁，由于其建设环境的特殊性和桥梁结构的特殊性，其受到的各种自然和人为因素的影响会比陆地桥梁更加显著。

其中，地震是
影响深水桥梁安全性的主要因素之一。

因此，深水桥梁的地震响应研究具有重要意义，可以为深水桥梁结构设计、施工及运营提供科学依据。

二、研究内容和方法：
本研究将通过分析深水桥梁受地震作用的特点，探讨深水桥梁结构在地震中的响应机理，以及采用有效的对策措施来提升深水桥梁地震安全。

具体研究内容包括：
1、深水桥梁受地震作用的特点分析；
2、深水桥梁地震响应机理的研究；
3、地震对深水桥梁结构的影响分析；
4、深水桥梁地震安全性评估；
5、深水桥梁地震防护措施研究。

本研究将采用理论分析与实验研究相结合的方法，其中理论分析包括有限元分析和数值计算等方法，实验研究包括模型试验和场地观测等方法。

通过数值计算和模型
试验，研究深水桥梁在地震作用下的受力变化规律和变形情况，进而探索有效的地震
防护措施。

三、预期成果和意义：
1、实现深水桥梁受地震作用的机理分析和防护措施研究；
2、为深水桥梁结构设计、施工及运营提供科学依据；
3、为深水桥梁地震安全监测和预警提供技术支持。

深水对矩形截面高墩桥梁地震响应的影响分析

深水对矩形截面高墩桥梁地震响应的影响分析作者：李明生来源：《建筑与文化》2013年第04期【摘要】本文采用基于辐射波浪理论建立的半数值半解析法，通过对圆形截面附加水质量求解方法的简化，求得矩形截面桥墩的附加水质量。

对矩形截面6m×6m、8m×8m、10m×10m、12m×12m、15m×15m，水深分别为30m、60m、90m的桥墩进行动水附加质量的计算获得附加水质量与桥墩截面尺寸、水深间的关系。

本文计算分析了不同墩高、不同截面的15个单墩模型。

每个模型分别考虑了不同水深的5种情况，进行了四种场地条件下的动力时程分析，获得考虑深水对桥墩地震响应的影响，并进行了影响规律的分析。

【关键词】深水桥墩地震响应附加水质量墩水耦合1 引言在地震作用下，水中结构的运动会引起结构周围水体的辐射波浪运动，由于结构与水的相对运动，水会在结构水下部分作用有动水压力。

该动水压力不仅会改变结构的动力特性，还会影响结构的动力响应。

本文采用基于辐射波浪理论建立的半数值半解析法，通过对圆形截面附加水质量求解方法的简化，求得矩形截面桥墩的附加水质量，探讨深水条件下附加水质量对矩形截面高墩桥梁地震响应的影响规律。

2 本文采用的简化计算方法2.1 墩水耦合作用计算的基本假定墩水耦合作用的半数值半解析法，首先假定流体是不可压缩的无粘性流体。

在此基础上，分为不考虑表面重力波作用和考虑重力波作用两种情况。

由流体动力学理论，重力波影响随深度的增加呈指数关系衰减，桥墩浸没深度的大部分不受重力波的影响，因此可以求解忽略表面重力波的情况。

2.2 矩形截面附加水质量的简化计算简化计算方法是通过将不同截面等效为圆截面。

矩形截面的简化计算过程为：（1）将矩形截面等效为椭圆截面如图2.1所示，箭头方向表示振动加速度方向，有带符号的表示等效椭圆截面的尺寸，不带～符号的表示实际截面。

（2）将椭圆截面等效为圆截面，求得长细比将椭圆截面等效为圆截面的方法为通过（1）中求得的和，查图2.2或相应的表得到长细比。

动水压力作用下深水桥墩非线性地震响应分析

意截面形状柱体的动水压力，并考虑了土．构的相互作用；Ｙｍａａ等（９９结ａｄ１８）对悬臂结构进行了波浪和地震共同作用下的动力分析，并采用Ｍｏｉｎ方程考虑动水压力作用。国内，ｒｏｓ在
居荣初等（９３较早对梁式结构在液体内的耦联振动进行了研究，并提出了相应的解析解；１８）
Ｆｗ＝一Ｃ（Ｍ一１￣＝一ｗｏ）ｏＭｐＶ
式中，Ｍｗ为动水附加质量；Ｐ为水的密度；和Ｃｂ为惯性力系数和粘性摩擦阻力系数。１２辐射波浪理论．
为结构绝对加速度；Ｖ为单位柱体体积；ＣＭ
辐射波浪理论是应用分离变量法或Ｇｅｎ函数构造水体控制方程中速度势的一般解，并ｒｅ
本文主要研究地震时水中结构的动力响应，可不考虑浪与流的影响，即假定水是静止的，
得到水对单位长度柱体产生的动水压力为：
蜀＝（一１）
（Ｄ｛ｌｐ
（）１
（）２
动水阻力影响一般可以忽略，同时对式（）右边第二项进行线性化，式（）变为：１１
Ｅｍａ：ｘｉｊ．ｕｃ — ｉｚｌｕｄ．ｌ＠ｔｅａ
２期
黄信等：动水压力作用下深水桥墩非线性地震响应分析
３３５
Ｍｏｉｎ方程和辐射波浪理论建立了动水压力的计算方法，同时考虑材料非线性影响研究了ｒｏｓ
动水压力对桥墩地震响应的影响。

地震作用下动水压力对深水桥墩的影响

∞ Ｓ
ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｂｒｉｄｇｅｐｉｅｒａｎｄｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓ
ｌｅｓｓｔｈａｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅａｄｄｅｄｍａｓｓｍｅｔｈｏｄ；ＭｏｒｉｓｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｇｅｔｓｔｈｅｍｏｒｅｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅｒｅｓｕｌｔｓａｔｓｍａｌｌｅｒｒｅｌａｔｉｖｅｄｅｐｔｈｗｈｉｌｅＷｅｓｔｅｒｇａｒｒｄｅｑｕａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｍｏｒｅｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅａｎｄｗｈｉｌｅｔｈｅ
ｉｎｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｎｄｓｔｈａｔｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｈｉｌｅｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｉｎｄｅｅｐｅｒｗａｔｅｒ，ＳＯｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｆｌｕｉｄ — ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｉｓ

浅析地震作用下动水压力对矩形空心桥墩的影响

浅析地震作用下动水压力对矩形空心桥墩的影响【摘要】深水桥梁在地震荷载作用下发生运动时，桥墩水下部分与周围水体(外域)、内部水体(特指空心墩，称为内域)之间的相互作用会导致桥墩受到动水力的作用。

利用半解析方法，将桥墩上的动水力转化为动水附加质量的形式，近似求解地震作用下矩形空心墩与水相互作用问题。

【关键词】地震作用；动水压力；空心桥墩0.引言目前桥梁建设项目在朝着更大跨度发展的同时，也出现了越来越多的深水桥梁，即部分桥墩和基础位于深水中的桥梁。

而我国是一个多地震的国家，境内地震带及地震断层较多，一些大型桥梁很可能跨越断层或邻近断层。

在地震作用下，处于深水中的矩形桥墩会与周围水体(外域)、内部水体(特指空心墩，称为内域)之间相互作用，且这种作用伴随地震动作用过程的始终，并改变桥梁墩身的振动和变形状态。

在这种情况下，本文利用半解析方法，计算分析地震作用下内外域水对矩形空心墩的影响[1]～[2]。

1.分析方法半解析法对于动水压力用解析解表示，结构一般采用传统的梁单元进行有限元分析，既具有较高的精度又有很高的计算效率，是深水桥梁地震响应分析更为实用的分析方法。

半解析法中的关键是流体附加动水压力的求解，当求解得到桥墩的附加动水压力后，便可转化为附加质量施加至桥梁有限元模型中，就能考虑在地震荷载作用下，水对桥墩的影响。

当桥墩为矩形空心墩时，桥墩内部会注入水，因此桥墩存在内域水体附加动水压力和外域水体附加动水压力的两类问题。

关于内外域动水压力的解析方程，文献[6]有详细介绍，在此本文就不作介绍。

需强调的是，在采用半解析法求解时，最为关键的是求得桥墩水下部分沿桥墩节点分布的附加动水质量和动水附加阻尼。

对于附加阻尼力，当结构与水发生共振时，其对结构振幅有较大影响，但在通常情况下，二者发生大位移共振的可能性甚微。

从实际应用考虑，对于深水桥梁的抗震计算，可以不考虑阻尼项作用，这种简化带来的误差是微小的。

所以在求得附加动水质量后，可采用传统的梁模型进行深水桥梁的地震响应分析[3]～[7]。

近场地震作用下深水桥墩的地震响应分析

[文章编号]　100228412(2006)0320083205近场地震作用下深水桥墩的地震响应分析高学奎,朱 ,李　辉(北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044)[摘　要]　近场地震以具有较大的PG V ΠPG A 值及明显的速度脉冲为主要特征,本文分析了不同类型的近场地震对深水桥墩地震响应的影响;采用M oris on 方程的基本理论,将水视为附加质量,利用有限元方法来分析动水压力对深水桥墩地震响应的影响。

通过计算分析得出:具有较大PG V ΠPG A 值的近场地震波会引起桥墩结构较大的地震响应;动水压力对桥墩结构的地震响应有显著的影响,同时近场地震的速度脉冲效应会进一步增大动水压力对深水桥墩地震响应的影响;在矩形深水桥墩设计中,要考虑截面形状效应的影响,选择合适的D ΠB 值。

[关键词]　近场地震;地震响应;附加质量;深水桥墩[中图分类号]　T U31113;U448 [文献标识码]　ASeismic R esponse Analysis of B ridge Pier in Deep W ater Excited by N ear 2fault E arthquakesGao Xue 2kui ,Zhu Xi ,Li Hui (School o f Civil Engineering and Architecture ,Beijing Jiaotong Univer sity ,Beijing 100044,China )Abstract :A near 2fault earthquake usually has the features of larger value of parameter PG V ΠPG A and obvious velocity pulse.The effect of near 2fault earthquakes of the different types on seismic responses of bridge pier in deep water is studied in this paper.With the fam ous M oris on Equation ,the water is considered as the added pseudo mass ,and the finite method is used to analyze the seismic responses of bridge pier.An actual bridge pier is analyzed ,and the results show that ,the near 2fault earthquake that has the larger value of parameter PG V ΠPG A will cause the stronger seismic response ;the effect of hydrodynamic pressure to seismic responses of bridge pier is notable ,and the velocity pulse of near 2fault earthquake will make the effect on seismic responses larger caused by hydrodynamic pressure ;when designing the rectangular pier in deep water ,the section shape effect should be considered and the appropriate value of parameter D ΠB should be secected.K eyw ords :near 2fault earthquake ;seismic response ;added mass ;bridge pier in deep water[收稿日期]　2005208212[项目来源]　国家自然科学基金资助项目(50278002,50578007)。

动水压力影响下考虑SSI效应的桥墩结构地震响应分析

动水压力影响下考虑SSI效应的桥墩结构地震响应分析卢华喜;徐路遥;郑孝辉【摘要】基于Morison方程法,采用附加质量考虑动水压力的影响,利用ABAQUS 软件计算平台建立了动水压力作用下刚性地基桥墩和考虑SSI效应的桥墩结构,对动水压力作用下考虑和不考虑SSI效应时桥墩的地震响应进行了比较,分析了考虑SSI效应的桥墩的地震响应随水深的变化规律.结果表明:动水压力作用会增大桥墩的地震响应,其受桥墩入水深度的影响;当考虑SSI效应后,动水压力作用对桥墩自振频率折减和地震响应增大作用有所降低,但仍不能忽视动水压力作用.%Based on the Morison equation method, the influence of the dynamic water pressure was considered by using the additional mass. The rigid foundation bridge pier and the bridge pier structure taking into account SSI effect under the dynamic water pressure were established by using ABAQUS software computing platform. Then the seismic responses of the bridge pier structure with and without consideration of SSI effect were com-pared under the dynamic water pressure.Finally,the change regulation of seismic response of bridge pier at dif-ferent water depths considering SSI effect was analyzed. The research results show that under the dynamic water pressure, the seismic response of the pier increases, and it is influenced by underwater penetration of bridge pier; when considering SSI effect,the dynamic water pressure on the decrease of the natural vibration frequency and the increase of the seismic responses arereduced.However,the dynamic water pressure can not be neglect-ed.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2018(035)001【总页数】5页(P9-13)【关键词】Morison方程法;SSI效应(soil-structureinteraction);自振特性;地震响应【作者】卢华喜;徐路遥;郑孝辉【作者单位】华东交通大学土木建筑学院,江西南昌330013;华东交通大学土木建筑学院,江西南昌330013;华东交通大学土木建筑学院,江西南昌330013【正文语种】中文【中图分类】TU311.3中国处于太平洋地震带和欧亚地震带之间，受地理位置影响，我国地震频发且震害严重。

近场地震作用下深水桥墩的地震响应分析

Ｊｎ．０６ｕ２ｏ
［章编号】１０．１（０６０．０３５文０２８２２０）３０８－４０
近场地震作用下深水桥墩的地震响应分析
高学奎，朱唏，李辉（北京交通大学土木建筑工程学院，１０）北京０４０４
［摘要】近场地震以具有较大的ＰＶＰＡ值及明显的速度脉冲为主要特征，文分析了不同类型的近场地震对深水桥墩Ｇ／Ｇ本
ｎａ－ａｔｅｒｈａｅｆｔｅｄｆｅｅｔｔｐｓｏｅｓｃｒｓｏｓｓｏｂｄｇｉｒｉｅｐｗａｅｓｓｕｉｄｉｔｉａｅ．ＷｉｔｅｆｍｏｓＭｏｉｏｅｆｕａｔｑｋｓｏｈｉｒｎｙｅｎｓｉｍｉ￣ｐｎｒｌｕｅｆｒｅｐｅｎｄｅｉｔｒｉｔｄｅｎｈｓｐｐｒｈｔｈａｕｒｓｎ
ｆｕｔｅｒｈａｅｗｉｋｅｔｅｅｅｔｏｉｍｉｅｐｎｓｌｒｅａｓｄｂｙｈｄｏｙａｃｐｓｕｅ；ｗｈｎｄｓｇｉｇｔｅｒｃａｇｌｉｒｉｅｐａａｔｑｋｌｍａｆｃｎｓｓｃｒｓｓａｇｒｃｕｙｒｄｎｍｉｒｓｒｌｕｌｈｅｏｅｅｅｅｅｉｎｎｅｔｎｕａｐｅｎｄｅｈｒｗａｅ，ｔｅｓｃｉｎｓａｆｃｈｕｄｂｏｓｄｅｄａｄｔｅａｐｏｒａｅｖｕｆｐａａｔｒＤ／ｈｕｄｂｅｔｄ．ｔｒｈｔｈｐｅｅｔｓｏｅｃｎｉｒｅｏｅｌｅｎｐｒｐｉｔａｅｏｒｍｅｅＢｓｏｓｅｅｈｌｌｅｅｃ

深水桥墩在地震作用下的动力响应分析

深水桥墩在地震作用下的动力响应分析左生荣;杨吉新;吉小军【摘要】针对在地震作用下处于深水中的桥墩受到较大的的动力影响,导致结构产生较大的变形和应力,对整个桥梁的安全性造成严重的破坏.重点分析了以有限元理论为基础的数值分析法,并结合某桥的桥墩实例,利用ANSYS有限元软件建立模型,输入调整后的Taft地震波,采用时程分析方法对其进行地震反应分析.计算数据表明:有水工况下墩顶的位移和桩底应力较无水时均有明显的增加,最大位移和最大应力也发生在考虑水的作用下的工况下.在地震作用的作用下,深水桥墩的内力和位移时程图的衰减速度也要慢于无水时的工况,水对桥墩的动力响应起着不良作用.%Under the action of earthquake,piers are subjected to large dynamic effect in deep water,this caused the structure to produce large deformations and stress and the security of the entire bridge can be caused severe damage.This paper describes some calculation methods of dynamic hydraulic on underwater piers,focusing on analysis of the finite element numerical analysis method based on the theory,and emphatically analyzes numerical analysis method based on the theory of finite element.We combine a pier for example,establishing model by finite element software ANSYS,entering the adjusted Taft seismicwaves,analyzing seismic response with the method of time history analysis.The calculation results show that:under the conditions of water,the pier top displacement and pile bottom stress are bigger than the anhydrous condition,the maximum displacement and maximum stress occur also in the condition of water.Under the action of water,thedegenerative speed about the time history diagram of internal force and displacement is slower than the anhydrous condition.At the time of seismic time-history analysis on piers,water plays a negative role on dynamic response of the structures.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2013(037)004【总页数】4页(P713-715,719)【关键词】深水桥墩;地震反应;动力响应;数值分析法【作者】左生荣;杨吉新;吉小军【作者单位】武汉理工大学交通学院武汉430063;武汉理工大学交通学院武汉430063;安徽省交通建设工程质量监督局合肥230051【正文语种】中文【中图分类】U443.22;TV3120 引言随着我国交通事业的发展，越来越多的跨江、跨海大桥都已建设完成或正在紧张的施工中.这类桥梁的特点是：跨度大、结构复杂并且施工难度大等，此外，这些桥梁的桥墩位于深水之中［1］.由于该类桥墩处于深水之中，所受外部环境比较复杂，国内外学者对水中结构物进行了大量的理论性研究工作.在地震作用下，对动水力的研究首先是 Westergaard［2］于1933年提出.该理论基于坝体在不可压缩流体中做刚体运动的假定，给出了水平地震运动下垂直坝面上动水力的计算公式.20世纪60年代，我国的一些学者就对梁式结构和液体的耦联振动进行了不少研究.赖伟［3］利用解析法和基于附加质量的Morison方程对地震作用下动水对桥墩的动力反应的影响进行了研究，宋波等［4－5］通过试验研究，探讨了地震作用下动水力对大跨度深水桥梁动力响应的影响.桥梁结构在水中的动力响应与在空气中有很大不同［6－7］，在地震作用下，处于深水中的桥墩会发生一定振动和变形，并引起周围水体的晃动，水体又以动水压力的形式反作用于桥墩，改变桥梁墩身的振动和变形状态，这种作用与反作用伴随地震动作用过程的始终，流体和结构的相互作用形成流体与固体耦合的振动问题，称为流固耦合问题.由于流固耦合问题的复杂性，尽管可以假设流体是无粘性的，在大多数情况下仍不能得到真正的解析解.因此，解决流固耦合问题对深水桥梁的动力分析十分重要.1 数值分析法简介数值分析法［8］是先求得地震动水压力的解析解，再采用有限元法建立桥墩结构模型，进而对桥墩进行动水压力作用下的地震响应分析，该方法可以方便的考虑上部结构对桥墩的影响，同时仅对桥墩结构建立数值模型其计算效率高，并且可以较为方便的考虑材料非线性、土－结构相互作用等因素，在现有深水桥墩地震响应分析中主要采用该法.所以为确保深水桥梁抗震安全并为之设计提供理论依据，应基于数值分析法建立实用、有效的水－桥墩动力相互作用的分析方法.由于桥墩震害往往是引起桥梁倒塌并难以修复的主要原因，所以有必要进一步分析地震动水压力对深水桥墩动力响应的影响.本文采用的数值分析法是指利用ANSYS有限元实体建模的方式，同样将水假设为理想流体，并且认为对桥墩作用的水为无限水域，但通过反复试算及实验证明，当对桥墩作用的水域超过一定限值时，超出的水域对结构的影响微乎其微.因此在进行数值计算时，将假定结构周围只有有限范围的流体，这一假定的结果与假定流体为无限边界流体的结果的误差小于1%.在计算中，水域的范围取桥墩半径的5倍左右，同时流体与固体接触的部分采用流固耦合标签FSI进行标记.结构单元采用SOLID45单元进行离散，流体单元则采用FLUID30单元进行模拟.2 数值分析法分析实例以某梁桥的一个桥墩为例，为简化计算，在计算中采用了单墩力学模型计算，见图1.上部梁结构只计质量影响，其中基础采用单桩基础，桩的高度为18m，入土深度为16m，墩高度为10m，计算水深为9m，经计算上部结构简化为8 576t的质量块，作用于桥墩顶处，建立如图2所示的有限元模型.该桥处于II类场地，7级烈度标准.现计算该桥的进行动力特性计算及地震反应的时程分析.图1 模型示意图（尺寸单位：cm）图2 ANSYS有限元模型2.1 地震波的选取和输入地震波具有强烈的随机性.经观测，即使同次地震在同一场地上得到的地震记录也不尽相同.根据该桥的地质资料，参照《公路工程抗震设计规范》（JTJ004－89），按II类场地土计算，基本烈度为8度的标准，在计算中选取了直接采用既有强震记录波Taft波，本文以场地中的3条地震波作比较，最终选定结构反应最大的1条地震波作为最终采用的输入地震波.从Taft波的记录中选取了有代表性的16s，记录信号是水平加速度，时间间隔0.02s，一共800个值.根据地震局批准的烈度表，基本烈度为7，8，9度时，地面运动的最大水平加速度αv分别为0.125，0.25，0.5 g.而Taft波记录的最大竖向加速度αvmax为371.863cm／s2.因此，计算中必须将实际地震记录的峰值折算成所需的基本烈度.取7级地震，则对于 Taft记录αv／αvmax＝0.125／3.719＝0.329.该记录应该乘以0.329后使用，调幅后的地震的加速度时程曲线如图3.图3 调整后的Taft地震动加速度时程曲线2.2 地震时程分析结果根据已建立起来的有限元模型，进行了地震时程分析计算，分别考虑了两种工况进行计算，工况一表示在无水条件下的地震时程计算，工况二表示在有水条件下的地震时程计算.对于桥墩而言，地震作用最明显的效果主要体现在桥墩顶部的位移和桩底的应力.因此，在表1和表2列出了这两种工况下各个方向的墩顶位移最大值和桩底应力最大值，图4～图11中显示了这2种工况下墩顶位移时程图和桩底应力时程图.表1 墩顶位移最大值 cm?表2 桩底应力最大值 Pa?图4 2种工况下X方向墩顶位移时程图比较图5 2种工况下Y方向墩顶位移时程图比较图6 2种工况下Z方向墩顶位移时程图比较图7 X，Y和Z方向墩顶位移时程图比较（工况一）图8 2种工况下X方向桩底应力时程图比较图9 2种工况下Y方向桩底应力时程图比较图10 2种工况下Z方向桩底应力时程图比较图11 X，Y和Z方向桩底应力时程图比较（工况一）2.3 结果分析从表1和表2及图4～11中可以看出，有水工况下墩顶的位移和桩底应力都比无水时有明显的增加.同时，考虑水的作用工况下的位移和应力值在大多数时间内都大于不考虑水的工况下的数值，最大位移和最大应力也发生在考虑水的作用下的工况下.并且，在水的作用下，内力和位移时程图的衰减速度也要慢于无水时的工况.也就是说，在对桥墩进行地震时程分析时，水对结构的动力响应起着不良的作用.在地震作用下，墩－水振动使桥梁的内力、位移均有大幅度的增加，这表明墩水耦合振动是深水桥梁必须考虑的因素，在实际工程计算中，忽略此因素的影响必将导致偏于不安全的计算结果.3 结论1）本文中数值计算法是利用ANSYS有限元分析软件对某一桥墩在深水中动力特性及动力响应进行详细计算分析，结果显示：桥墩在有水和无水的情况下的受力和应变有很大的不同.2）计算结果表明在有水工况下墩顶的位移和桩底应力较无水时均有明显的增加，并且，在水的作用下，内力和位移时程图的衰减速度也要慢于无水时的工况.3）在地震作用下，墩－水振动使桥梁的内力、位移均有大幅度的增加，水对结构的动力响应起着不良的作用.因此，墩水耦合振动是深水桥梁必须考虑的因素，在实际工程计算中不可忽略.参考文献［1］高学奎，李辉.近场地震作用下深水桥墩的地震响应分析［J］.工程抗震与加固改造，2006，28（3）：83－87.［2］ WESTERGAARD H M.Water pressure on dams during earthquakes ［J］.TransAm Soc CivEng，1933（98）：418.［3］赖伟，王君杰，胡世德.地震下桥墩动水压力分析［J］.同济大学学报，2004，32（1）：1－5.［4］李悦，宋波.动水对斜拉桥结构动力响应影响研究［J］.土木工程学报，2010，43（12）：94.［5］宋波，张国明，李悦.桥墩与水相互作用的振动台试验研究［J］.北京科技大学学报，2010，32（3）：403.［6］LYSMER J，KULEMEYER R L.Finite dynamic model for infinite media ［J］.J.Eng.Mech.Div.ASCE，1969（6）：759－877.［7］VELETSOS A S，PRASAD A M，HAHN G.Fluidstructure interaction effects for offshore structures［J］.Earthquake Engineering and Structural Dynamics，1988（16）：631－652.［8］戴大农，王勖成，杜庆华.流固耦合系统动力响应的模态分析理论［J］.固体力学学报，1990，11（4）：305－312.。

深水桥梁地震响应研究现状

深水桥梁地震响应研究现状摘要：随着世界科学技术以及经济的迅速发展，人们对于物质条件、生活条件的要求在日益提高，世界各个国家对于交通运输的要求也在日益提高，都在努力建设更为方便、适宜、便捷的现代化交通网络。

桥梁跨越山川河流，是交通连接中最重要的环节之一，为交通运输的繁荣发展起到了功不可没的作用，重要性不言而喻。

本文分析了地震作用下水－深水桥墩动力相互作用，总结了地震动水压力的计算方法、水－结构动力相互作用分析方法以及水下振动台试验进展。

引言目前，以往小跨径，结构形式单一的桥梁已经远远不能满足现代化的需要，为了跨越更宽、更深的河流或者水库，大跨径桥梁伴随着深水桥梁已经慢慢出现在人们的视野当中。

深水桥梁一般是指基础墩台、部分桥墩都位于深水中的桥梁，往往会受到复杂环境荷载的影响，尤其是在强震作用下，其设计和施工都会面临很多特殊、棘手的问题。

目前国内外学者对深水桥梁结构的地震响应展开了一系列的研究。

本文结合国内外研究成果，对地震动水压力的计算方法、水－结构动力相互作用分析方法以及水下振动台试验进展进行了归纳总结。

1地震动水压力的计算：目前，地震动水压力的计算方法主要为Morison方程和辐射波浪理论。

1.1Morison方程当桥墩横向尺寸较小时（d/l≤0.2），假定其存在对波浪运动无显著影响，桥墩的动水压力可根据半经验半解析的Morison方程得到。

利用Morison方程可以较简便地计算地震动水压力，但有学者认为其不适用于强震作用下结构动水压力计算。

吴堃[1]等以不同尺寸的桥墩试件为研究对象，开展水下振动台试验，通过将动水压力的试验结果与Morison方程的计算结果进行对比，验证了地震作用下Morison方程的适用性，结果表明，Morison方程不适用于计算地震作用下桥墩动水压力，应通过大量的水下振动台试验加以修正。

1.2辐射波浪理论当结构横向尺寸较大（d/l＞0.2）时，需要考虑结构对水运动状态的影响，即需要考虑辐射波浪问题。

水位变化对深水柱式桥墩地震反应的影响

水位变化对深水柱式桥墩地震反应的影响
李富荣;王志华
【期刊名称】《四川建筑科学研究》
【年(卷),期】2011(037)006
【摘要】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.
【总页数】5页(P182-186)
【作者】李富荣;王志华
【作者单位】盐城工学院土木工程学院,江苏盐城224051;南京工业大学土木工程
学院,江苏南京210009
【正文语种】中文
【中图分类】TV135
【相关文献】
1.软土场地上双柱式桥墩-桩-土相互作用体系地震反应特性的数值分析 [J], 李冬来;熊巨华
2.拼装式双柱桥墩的线性地震反应分析研究 [J], 李子奇;樊燕燕;虞庐松
3.波浪作用对单柱式桥墩地震反应特性的影响 [J], 白德贵;陈国兴;王志华
4.双柱式摇摆桥墩结构体系地震反应和倒塌分析 [J], 周雨龙;杜修力;韩强
5.考虑动水压力影响的单柱式桥墩地震反应分析 [J], 李富荣;陈国兴;王志华
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深水矩形空心桥墩在地震作用下附加动水压力分析

深水矩形空心桥墩在地震作用下附加动水压力分析
刘振宇;李乔;赵灿晖;陈钒
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2008(027)002
【摘要】基于辐射波浪理论建立了矩形空心桥墩流体控制方程,以自由表面波动条件、水底水质点运动边界条件、结构与水的速度连续条件为边界条件,采用分离变量法推导了矩形空心桥墩内、外域水体速度势一般解,进而导出了矩形空心墩内、外域水体的附加动水压力的解析式,对某桥墩自振特性的计算表明,该附加动水压力解析式具有较高的计算精度.
【总页数】4页(P53-56)
【作者】刘振宇;李乔;赵灿晖;陈钒
【作者单位】西南交通大学桥梁系,成都,610031;西南交通大学桥梁系,成
都,610031;中铁西南科学研究院,成都,610031;中铁西南科学研究院,成都,610031【正文语种】中文
【中图分类】TU311.3
【相关文献】
1.地震作用下深水桥墩动水压力分析方法研究 [J], 刘建军;刘利果;陈杰群;卢志刚;张秀芳;吕章元
2.地震下矩形空心桥墩内部动水力分析 [J], 谢凌志;赖伟;蒋峰
3.圆形空心深水桥墩在地震作用下的附加动水压力 [J], 刘振宇;李乔;赵灿晖;庄卫林
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5.地震作用下动水压力对深水桥墩的影响 [J], 孙竞飞;潘亦苏
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深水对矩形截面高墩桥梁地震响应的影响分析
【摘要】本文采用基于辐射波浪理论建立的半数值半解析法，通过对圆形截面附加水质量求解方法的简化，求得矩形截面桥墩的附加水质量。

本文计算分析了不同墩高、不同截面的15个单墩模型。

每个模型分别考虑了不同水深的5种情况，进行了四种场地条件下的动力时程分析，获得考虑深水对桥墩地震响应的影响，并进行了影响规律的分析。

【关键词】深水桥墩地震响应附加水质量墩水耦合
1 引言
在地震作用下，水中结构的运动会引起结构周围水体的辐射波浪运动，由于结构与水的相对运动，水会在结构水下部分作用有动水压力。

该动水压力不仅会改变结构的动力特性，还会影响结构的动力响应。

2 本文采用的简化计算方法
2.1 墩水耦合作用计算的基本假定
墩水耦合作用的半数值半解析法，首先假定流体是不可压缩的无粘性流体。

在此基础上，分为不考虑表面重力波作用和考虑重力波
作用两种情况。

由流体动力学理论，重力波影响随深度的增加呈指数关系衰减，桥墩浸没深度的大部分不受重力波的影响，因此可以求解忽略表面重力波的情况。

2.2 矩形截面附加水质量的简化计算
简化计算方法是通过将不同截面等效为圆截面。

矩形截面的简化计算过程为：
（1）将矩形截面等效为椭圆截面
如图2.1所示，箭头方向表示振动加速度方向，有
带符号的表示等效椭圆截面的尺寸，不带～符号的表示实际截面。

（2）将椭圆截面等效为圆截面，求得长细比
将椭圆截面等效为圆截面的方法为通过（1）中求得的和，查图
2.2或相应的表得到长细比。

3 不同截面、不同水深对附加水质量的影响
对矩形截面6m×6m、8m×8m、10m×10m、12m×12m、15m×15m，水深分别为30m、60m、90m的桥墩进行动水附加质量的计算。

获得如下结果：
由上图可知：（1）附加水质量在浅水处（水面至0.2倍水深范围内）由0迅速增加到一特定值，随着水深的进一步增加附加水质量的增幅较小，基本保持不变。

（2）在水深达到一定值，附加水质量保持基本不变后，附加水质量的值与桥墩的截面面积成正比。

（3）相同截面的桥墩在深水区的附加水质量基本一致，受水深的影响不
大，与桥墩截面面积有直接关系。

4 深水对桥梁地震响应的影响
本文计算分析了墩高分别为60m、90m、120m，截面分别为6m×6m、8m×8m、10m×10m、12m×12m、15m×15m的15个单墩模型。

每个模型分别考虑了无水、1/4墩高的水深、2/4墩高的水深、3/4墩高的水深、4/4墩高的水深的5种情况。

进行了ⅰ类、ⅱ类、ⅲ类、ⅳ类四种场地条件下的动力时程分析。

现选取分析结果中典型的考虑有水情况与无水情况下桥墩的墩
顶位移、墩底剪力和墩底弯矩的时程分析结果并列出如下：
ⅰ类场地第1条地震波地震荷载作用下，桥墩模型为120m墩高，12m×12m截面，90m水深与无水时墩顶位移、墩底剪力和墩底弯矩的时程分析结果见下图：
由以上可知：（1）考虑附加水质量时，在地震荷载作用下桥墩的墩顶位移、墩底剪力和墩底弯矩值均比不考虑附加水质量时的大。

这主要是由于虽然考虑了附加水质量之后，桥墩各阶周期有所增大，使得桥墩的地震响应有所降低，但附加水质量对桥墩在地震荷载作用下响应的贡献直接影响并增大了墩顶位移、墩底剪力和墩底弯矩。

（2）考虑附加水质量时，在桥墩在地震荷载作用下桥墩墩顶位移时程较不考虑附加水质量时稍延后达到位移最大值。

5 结论
1. 附加水质量沿桥墩高度方向的变化趋势：在浅水处（距水面0.2倍水深范围内），附加水质量由0迅速增加到某一特定值，随着
水深的进一步增加附加水质量的增幅较小，基本保持不变。

在水深达到一定值附加水质量保持基本不变后，附加水质量的值与桥墩的截面面积成正比。

2.考虑附加水质量时，在地震荷载作用下桥墩的墩顶位移、墩底剪力和墩底弯矩值均比不考虑附加水质量时的大。

3. 考虑附加水质量时，在桥墩在地震荷载作用下桥墩墩顶位移时程较不考虑附加水质量时稍延后达到位移最大值。

参考文献
[1] 胡聿贤.地震工程学.北京：地震出版社，1988
[2] 范立础.桥梁抗震.上海：同济大学出版社，1997
[3] 赖伟，地震和波浪作用下深水桥梁的动力响应研究，上海：同济大学博士论文，2004
[4] 刘振宇，深水桥梁的地震响应研究，成都：西南交通大学博士论文，2008
[5] 袁迎春，赖伟，morison方程中动水阻力项对桥梁桩柱地震反应的影响[a]. 世界地震工程，21卷4期，2005
[6] morison j r， o’ brien mp， johnson j wand schaaf s
a. the force exerted by surface wave on piles. petroleum transactions， aime， 189，1950，149～154
[7] 黄信，地震激励下墩水动力相互作用分析，天津，天津大学硕士论文，2008
[8] 高学奎，朱晞，李辉，近场地震作用下深水桥墩的地震响应
分析，工程抗震与加固改造vol.28，no3，jun.2006
[9] 朱晞，高学奎.桥梁抗震分析中动水压力的计算.中国铁道科学，2007，3，48
[10] 胡杨，动水压力作用下深水桥墩地震反应分析研究，中南大学硕士学位论文，2009，5
[11] 郑史雄，深水桥墩考虑液固相互作用的地震反应分析桥梁建设，1998年第1期
[12] 徐汉忠，动水压力的附加质量矩阵的边界元分析河海大学学报，1994。