• ISSN 0258-2724
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波流与地震共同作用下深水桥墩动力响应分析

吴安杰 杨万理 赵雷

吴安杰, 杨万理, 赵雷. 波流与地震共同作用下深水桥墩动力响应分析[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(1): 79-87. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.010
引用本文: 吴安杰, 杨万理, 赵雷. 波流与地震共同作用下深水桥墩动力响应分析[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(1): 79-87. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.010
WU Anjie, YANG Wanli, ZHAO Lei. Dynamic Response Analysis of Bridge Pier in Deep Water under Combined Loads of Wave, Current and Earthquake[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(1): 79-87. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.010
Citation: WU Anjie, YANG Wanli, ZHAO Lei. Dynamic Response Analysis of Bridge Pier in Deep Water under Combined Loads of Wave, Current and Earthquake[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(1): 79-87. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.010

波流与地震共同作用下深水桥墩动力响应分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.010
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51678491

国家自然科学基金资助项目 51478390

详细信息
    作者简介:

    吴安杰(1986-), 男, 博士生, 研究方向为深水桥梁抗震, E-mail:wuanjie163@163.com

    通讯作者:

    杨万理(1979-), 男, 副教授, 研究方向为深水桥梁抗震、跨海桥梁波流力和结构海啸作用力, E-mail:68360903@qq.com

  • 中图分类号: TU312.3

Dynamic Response Analysis of Bridge Pier in Deep Water under Combined Loads of Wave, Current and Earthquake

  • 摘要: 为了揭示深水环境中波流与地震共同作用下桥梁下部结构与水耦合作用机理,基于非线性Morison方程,建立了波浪、水流和地震联合作用下结构动力学方程,通过有限元离散,计算了某深水桩-承台-桥墩结构体系的动力响应,并分析了不同波流要素对该结构体系动力反应的影响.研究结果表明:波流与地震之间存在相互影响,波流对地震响应的影响范围为-31.6%~63.5%,这种影响不仅改变地震响应幅值本身,而且改变幅值出现的时刻,还将使得波流、地震联合作用下流场激励频率介于纯波流场激励频率和地震激励频率之间,因此有必要进行波流与地震的联合作用分析;当波流作用在承台及以上位置时,桥墩的动力响应显著增大,在实际工程建设中须引起重视,有必要选用承台高出水面的高桩承台.

     

  • 图 1  桥墩立面及平面示意(单位:cm)

    Figure 1.  Elevation and profile of pier(unit: cm)

    图 2  El-Centro波加速度时程曲线

    Figure 2.  Curve of acceleration time history of El-Centro wave

    图 3  El-Centro波频谱(傅氏)曲线

    Figure 3.  Curve of spectrum (Fourier) of El-Centro wave

    图 4  数值仿真(CFX)和本文计算方法结果的对比

    Figure 4.  The result comparison between CFX simulation and the method in this paper

    图 5  波流与地震作用下深水桥墩动力响应时程

    Figure 5.  Dynamic response time history of bridge piers in deep water under the loads of wave, current and earthquake

    图 6  波流与地震不同作用方向下墩顶水平总位移

    Figure 6.  Total horizontal displacement of pier top under seismic load and wave-current forces with different direction

    图 7  波流与地震共同作用下墩顶水平总位移随波流参数的变化

    Figure 7.  Variation of total horizontal displacement of pier top under combined wave, current and earthquake loads with wave-current parameters

    表  1  波流与地震作用下桥墩动力响应计算结果

    Table  1.   Calculation results of dynamic response of deep bridge pier under the wave, current and seismic loads

    构件位置 响应 取值特征 地震作用(静水中) 波流作用 地震+波流作用 R/%
    墩顶 位移/cm 极大值 19.31 7.47 21.28 10.2
    极小值 -22.94 -5.37 -15.70 -31.6
    墩根部 弯矩
    /(MN·m)
    极大值 21.75 4.19 19.75 -9.2
    极小值 -25.66 -3.87 -23.26 -9.4
    桩顶 位移/cm 极大值 12.21 5.90 14.58 19.4
    极小值 -13.98 -3.86 -10.32 -26.2
    弯矩
    /(MN·m)
    极大值 6.32 2.61 7.01 10.9
    极小值 -6.82 -1.80 -5.02 -26.4
    桩顶剪力/MN 极大值 5.23 1.06 4.04 -22.8
    极小值 -4.41 -1.27 -3.32 -24.7
    应力/MPa 极大值 1.667 0.499 1.716 2.9
    极小值 -2.049 -0.417 -1.581 -22.8
    结构 动能/J 幅值 6.168 78×1012 7 993.989 29 6.168 78×1012 0.00
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    表  2  不同类型地震波激励下桥墩墩顶位移响应计算结果

    Table  2.   Calculation results of displacement response of deep bridge pier under different seismic loads

    地震波名称 位移/cm R/%
    地震作用 波流作用 地震+波流作用
    极大值 极小值 极大值 极小值 极大值 极小值 极大值 极小值
    El-Centro 19.31 -22.94 7.47 -5.37 21.28 -15.70 10.2 -31.6
    Hollister 10.78 -13.79 7.47 -5.37 12.79 -14.66 18.6 6.3
    Kobe 9.81 -12.42 7.47 -5.37 14.18 -12.21 44.5 -1.7
    Kocaeli 34.49 -32.79 7.47 -5.37 39.33 -31.87 14.0 -2.8
    Landers 28.98 -23.34 7.47 -5.37 33.64 -26.55 16.1 13.8
    Loma Prieta 19.29 -25.42 7.47 -5.37 23.60 -22.07 22.3 -13.2
    Ninghe 29.55 -22.09 7.47 -5.37 28.99 -26.35 -1.9 19.3
    Northridge 10.55 -9.14 7.47 -5.37 13.37 -14.26 26.7 56.0
    Taft 15.04 -15.61 7.47 -5.37 16.12 -13.10 7.2 -16.1
    Trinidad 5.42 -4.30 7.47 -5.37 8.86 -5.80 63.5 34.9
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  • 收稿日期:  2016-12-06
  • 刊出日期:  2018-02-25

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