地震下桥墩动水压力分析_赖伟

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1、32卷第1期同济大学学报M〕1.32No.1第2004年1月J〔)UNAL()F飞)NGJt』N、下STYJan.204地震下桥墩动水压力分析,,赖伟王君杰胡世德,上海加0(同济大学桥梁工程系92)摘要:对地震下圆柱形桥墩上的动水压力,提出了一个半解析半数值方法.针对弹性桥墩结构,利用毛己f忱完备函数分别构造了流体的弹性振动速度势和刚体运动速度势,采用梁单元有限元方法求解祸联运动方程.与其他方法相比,.这一方法计算相对简单、有效,并可考虑表面波效应和流体的压缩影响算例表明,这一方法具有较高的精度

2、.:;;关键词深水桥墩地震动水压力中图分类号:TU31.3文献标识码:A文章编号:0253一374X(2004)01一0001一05EarthquakeIndueedHydrodynamiePressureonBridgePier,,一五八IW已iW竹介心n一ie月U艺deuJ从!〕artnltofd罗En,n自nivesrity,Shallg,Chian压eniBr叨en眼肠iL〕hai20(]092)一一Abstract:Asemianalytiealandseminumericalappo

3、raehofrthquakeindueedhydrod”ieaerarnrureonereveo.rez一eeuneonsreuseoePPidlPedTftpltftidtofth印tentialsofrigidesawscomwermmmentandtseofelastievibration.Thecoupliknetieequationswereyfiniteeentvoeho咫ioslvedblem.,metlldewithbeelementsThismethod15arelativel

4、ysimpleandeffieientapporachertainingtheamv.garitywavesonthewatersufraeeandthecompresibilityExpleswerepentedtoillustratedtheamesraeeuraeyofthismeth记.Krds:pierindeepwater;earthquake;hydredyniepresureeywoam,,地震作用下桥墩与周围流体之间是一个非常桥墩的真实动力反应分析但会带来大量的自由度复杂的动力

5、相互作用问题.流体的存在不仅会改变和巨大的计算花费,很难应用于实际工程计算.桥墩的动力特性,还会对桥墩产生附加动水压力.文笔者提出了一个求解地震下圆柱形桥墩动水压.,,献【12]的研究表明结构与流体之间的动力相互作力的半解析半数值方法将流体的实际速度势分解用会对结构的动力反应产生较大影响.文献「一为弹性振动速度势和刚体运动速度势5[],利用36],rez分别针对水下圆柱形桥墩和柱体结构的动水压力作Tft完备函数构造了流体控制方程的解并采用了研究,提出了相应的解析方法和半解析方法.但这梁单元有限元

6、方法建立了水中桥墩结构的运动方,,些方法是基于悬臂梁振动方程因此其分析对象不程避免了解析方法中结构的有水振型函数带来的能伸出水面,或只能对一个桥墩单独分析,故不能考计算困难和应用限制.在求解时,桥墩上的动水压力.or虑桥梁上部结构的刚度和质量的影响采用三维实被转化为类似于Mison方程中杆件上水附加质量体有限单元方法和边界元方法v[]可以有效地进行的形式,大大简化了分析过程.本文方法考虑了表面日期:2003一01一09收稿基金项目:国家自然科学基金资助项目(40072085).,,,一.:赖伟(

7、1975一男四川成都人Emi目:ie田avidonailcoln作者简介)博士生肠w@ho同济大学学报第32卷,MN重力波和流体可压缩性的影响因此同样适用于地笋二,o,二=尺m。:日,:。:二5(震频率过低和过高的情况.与解析解囚的比较表明)艺万()()凡()()阴二1”=1,本方法具有较高的精度.利用边界条件式(3)和式(4)以及圆截面关于x轴的,,,得到满足本问题的粼r夕对称性z)的表达形式为,,价(:e二=A。z。二2’。:)+控制方程)(()H{(月、二二:A氏()尺(凡)o(6)桥墩分

8、析模型如图.兄)cos1所示假定流体是无旋可,,,压缩的.在地震下,流体的运动是微幅波运动.当地式中:A。Am(m=1…M)为待定常数;Z。(z),,,面沿x轴作简谐水平运动频率为。时假定流体mZ(z)满足正交归一条件其表达式为同样作频率为。的简谐运动.在柱坐标系中,流体悦J

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11、L涯cosh(入。z)。z:,,z,二:,,Z()速度势可表示为复数形式中(8t)笋(e+。一`SnZ、。丫己ih(J).,,,,et以中:Oz1a)z将()t代人-aplce方程得到流体拒cos(久众)z控制方程为