波流与地震共同作用下深水桥梁下部结构动水压力研究

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1、国内图书分类号：U448.27密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生博士学位论文波流与地震共同作用下深水桥梁下部结构动水压力研究年级2013级姓名吴安杰申请学位级别工学博士专业桥梁与隧道工程指导老师赵雷二零一七年十一月ClassifiedIndex:U448.27U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationSTUDYONHYDRODYNAMICFORCESONSUBSTRUCTUREOFDEEP-WATERBRIDGEUNDERCOMBINEDLOADINGSOFWAVE-CURREN

2、TSANDEARTHQUAKESGrade:2013Candidate:WUAn-jieAcademicDegreeAppliedfor:PH.DSpeciality:Bridge&TunnelEngineeringSupervisor:ZHAOLeiNovember,2017西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留，、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保

3、存和汇编本学位论文。本学位论文属于１．保密□，在年解密后适用本授权书；２．不保密用本授权书。“”？（请在以上方框内打Ｖ）学位论文作者签名：指导老师签名：７曰期曰期：■？西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研宄做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：１、基于现有仿真软件，经过

4、二次开发，成功地构建了波流和地震联合作用下深水桥梁下部结构与水耦合作用的数值分析方法，揭示了波流与地震耦合作用的机理，并给出了水流、波浪和地震联合作用下深水桥梁最大动水力的确定方法（第３章３．４．５节），后面研究了不同粧群形式在不同水环境中的地震动水压力群桩效应。２、应用相容拉格朗日欧拉（ＵＬＥ）描述法，通过数学公式推导，建立了深水桥梁三维水流场作４．１薄壁空心墩在下的响应求解理论型（第４章１．），证了模正用模节并验确性。随后，研究了开孔圆形空心墩的水动力问题，并给型的。出了设计建议－－３、基于非线性Ｍｏｒｉｓｏｎ方程，研究了粧承桥墩结构体系在

5、波流与地震共同作台。－用的响应波流地震联合作用产生的波流场中，激励频率发生改变，从而偏离既定下一的共振区，介于波流频率和地震主频之间，进揭示了多环境荷载共同作用机理，步建同跨时阐述了波流作用在承台及以上部位结构响应产生剧烈变化的原因，从而论证了修海桥梁时，宜采用承台高出水面的高桩承台基础（第６章）。—学位论文作者签名：期：曰４西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要我国江、河、湖泊众多，海域辽阔，近年来在我国沿海地区和西部山区库区建设了大量的深水桥梁。我国处于两大断裂带之间，桥址区常有地震活动，置于深水中的桥梁下部结构常受到诸多复杂环境荷载

6、的作用，如波浪的拍打、水流的冲击，地震波的振动等。除与陆上桥梁受到相同的动力荷载之外，深水桥梁将受到波浪、水流（海流）和地震作用产生的动水压力，结构受力状态十分复杂。深水环境势必加大桥梁下部结构的隐蔽性，结构在损坏后，修复困难，这进一步突显深水桥梁抗震分析的重要性和紧迫性。本文围绕深水桥梁下部结构（包括单桩构件、空心桥墩和群桩结构）动水力及响应展开研究，主要内容和结论如下：1、构建了深水环境中波流与地震联合作用下桥梁下部结构与水耦合作用数值分析方法。多个验证算例表明：数值方法具有一定精度和可靠性，其优势在于不受结构尺寸大小和截面形式的限制，适用范围广，对于当前在该方面开展

7、试验研究较困难的现状下，是一种较理想的研究补充手段。Morison方程中水动力系数取值不随水深比的变化，其计算结果在水深比较小时，略偏于保守，在水深比较大时，偏于不安全。2、采用经验证的流固耦合数值分析方法，研究了波流-地震-桩柱结构系统要素之间的相互作用，揭示了波流与地震联合作用机理，并从概率的角度给出了波流与地震联合作用下结构最大动水力的确定方法。地震波竖向分量和水平分量分别对地震自由流场和地震波动场影响起主要控制作用，波流作用频率会因地震不规则振荡流的存在而增加，从而偏离既定的共振区；相对弱流强波时，强流弱波对地震响应影