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《动水压力作用下深水桥墩非线性地震响应分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第5卷第3期震灾防御技术Vol.5,No.32010年9月TechnologyforEarthquakeDisasterPreventionSep.,2010黄信，李忠献，2010.动水压力作用下深水桥墩非线性地震响应分析.震灾防御技术，5（3）：352—357.动水压力作用下深水桥墩非线性1地震响应分析1）1,2）黄信李忠献1）天津大学建筑工程学院，天津3000722）天津市土木工程结构及新材料重点实验室，天津300072摘要为研究动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响，本文分别采用Morison方程和辐射波浪理论建立了动水压力计算方法，分析了动水压力作
2、用对桥墩地震响应的影响；同时分析了考虑材料非线性时动水压力作用对桥墩地震响应的影响。研究表明：动水压力作用增大了桥墩的地震响应，其影响随着相对水深的增加而增强；考虑材料非线性时动水压力对桥墩地震响应的影响，相对线性材料而言有所变化。关键词：深水桥墩地震响应动水压力Morison方程辐射波浪理论材料非线性引言地震激励下水与桥墩相互作用会对桥墩产生动水压力作用，研究表明动水压力作用改变了桥墩结构的动力特性，同时也增大了结构的动力响应（Liaw等，1974；Goyal等，1989），所以充分认识地震激励下动水压力对桥墩动力响应的影响，对于新建深水高墩桥梁抗震设
3、计和已建桥梁抗震安全评估具有重要的意义。在国外，Liaw等（1974）基于辐射波浪理论提出了柔性圆截面柱体的动水压力解析解；Goyal等（1989）进一步研究了具有2个对称轴的任意截面形状柱体的动水压力，并考虑了土-结构的相互作用；Yamada等（1989）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Morison方程考虑动水压力作用。在国内，居荣初等（1983）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；高学奎（2006）采用Morison方程（Morison等，1950）计算了动水压力，对近场地震激励下的水与桥墩动力相
4、互作用进行了分析；赖伟（2004）基于辐射波浪理论提出了一种计算动水压力的半解析半数值解，并可以考虑自由表面波和流体压缩性的影响。然而现有考虑动水压力的桥墩地震响应分析时材料仅采用线性材料，本文分别采用1基金项目国家自然科学基金重大研究计划“重大工程的动力灾变”重点支持项目（90715032）[收稿日期]2010-03-22[作者简介]黄信，男，生于1983年。博士研究生。主要从事结构抗震研究。E-mail:huangxin1395602@163.com李忠献，男，生于1961年。长江学者特聘教授，博士。主要从事工程结构抗震抗爆、减灾控制与健康监测研究。
5、E-mail:zxli@tju.edu.cn2期黄信等：动水压力作用下深水桥墩非线性地震响应分析353Morison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动水压力对桥墩地震响应的影响。1动水压力的计算方法本文分别建立了采用Morison方程和辐射波浪理论的两种动水压力计算方法。1.1Morison方程早在上世纪50年代初Morison等人提出了用于计算从海底直至自由水表面的小直径垂直柱体的水平波浪力公式，被称为Morison方程。后来许多研究者用该方程表示地震作用下小直径柱体受到的地震动水压力（高学奎，2006；赖伟，2
6、004）。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：21F(1CD)xCDxx（1）WM0D0042动水阻力影响一般可以忽略，同时对式（1）右边第二项进行线性化，式（1）变为：FWM(1CV)xM0Wx0（2）式中，MW为动水附加质量；为水的密度；x0为结构绝对加速度；V为单位柱体体积；CM和CD为惯性力系数和粘性摩擦阻力系数。1.2辐射波浪理论辐射波浪理论是应用分离变量法或Green函数构造水体控制方程中速度势的一般解，并由边界条件
7、求出速度势一般解中的待定常数，最后通过Bernoulli方程求得动水压力（李远林，1999；Sun等，1991；Aviles等，1989；Wepf等，1988）。本文采用赖伟（2004）基于Trefftz完备函数推导的辐射波浪理论。iwt假定水体无旋不可压缩，在柱坐标系下水体的速度势可表示为(,,,)(,,)rztrze。将(,rz,)代入Laplace方程得到水体控制方程为：222110（3）2222rrrrz根据Trefftz完备函数（赖伟，2004），(,,)rz可表示为：MN(,,)rz
8、mn(,,)rz（4）mn11同时，对于整个水体的底面和表面以及水体与
