深水桥墩流固耦合下的自振特性研究.pdf

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1、四川建筑科学研究第38卷第3期l64SichuanBuildingScience2012年6月深水桥墩流固耦合下的自振特性研究杨万理，李乔(西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)摘要：首先探讨了深水桥墩流固耦合下动力特性研究的有限元理论和建立计算模型的方法。研究了桥墩墩水耦合分析中流体单元网格尺寸、流体范围对深水桥墩动力特性数值解精度的影响，得出了工程中常见的墩水耦合分析较优水体单元尺寸和理想水体范围图。计算分析了矩形、圆形和圆端型截面深水桥墩的自振特性，实心墩在水中的自振频率降低10％～20％之间。空心墩频率降低幅度大于实心墩，与截面尺寸和壁厚密切相关。水体对空心墩的振型也有

2、一定影响。进一步研究了淹没深度、桥墩截面尺寸以及空心墩壁厚对深水桥墩频率降低幅度的影响，得到有益的结论。该研究方法以及相关结论可以对墩水耦合问题的进一步研究以及工程应用提供参考。关键词：桥墩；流固耦合；自振频率；有限元方法中图分类号：TU311．3；U441．3文献标识码：A文章编号：1008—1933(2012)03—164—07Naturalvibrationpropertiesanalysisofdeep-waterpiersbasedonfluidstructureinteractionYANGWanli．LIOiao(SchoolofCivilEngineering，South

3、westJiaotongUniversity，Cbengdu610031，China)Abstract：Thefiniteelementtheoryoffluidstructureinteractionhasbeenstudiedandanewmethodtomodehngpier—watercouplinghasbeenintroducedfirstly．Thenthefluidelementmeshsizeandfluidscope，whichaleinfluencingfactorsofcalculationprecision，havebeendiscussed，SOastoach

4、ievebetterfluidelementmeshsizeandappropriatefluidscopeforcommonlyusedpiersinengineering．Naturalvibrationpropertiesofrectangularpiers，circularpiersandround—endedpiershavebeencalculated，whichshowsthatvibrationfrequencyofsoliddeep—waterpiersdescend10％～20％thanthatinair，andhollowdeep—waterpiersdescend

5、morethansolidonesthevibrationfrequencyofhollowdeep—waterpierismainlyafectedbysectiondimensionandwallthickness，andvibrationmodeistobeafectedalso．Further，theinfluenceparametersoffrequencydecreaseddegreesuchaswaterdepth，piersectiondimensionandwalthicknessofhoflowpierhavebeenresearched，andusefulresul

6、tshavebeenachieved．Keywords：piers；fluidstructureinteraction；vibrationfrequency；finiteelementmethod深度将达近100ITIl1-2]。当前的桥梁设计中，大多数U刖吾是将桥墩周围的流体考虑为空气，而非水体。弹我国在西部山区和库区以及跨越大河、海湾处性结构在不同的流体介质中的动力特性有所不建设了很多深水桥梁。这些深水桥梁所在的地域多同H]，空心薄壁结构中的流体也会影响结构的动力处于地震多发区。在汶川地震中发生落梁震害的庙特性J，因此有必要对深水桥墩在水中的动力特性子坪大桥，是典型的深水桥梁。桥墩作

7、为桥梁的下进行深入研究。本文探讨如何计算水体对桥墩动力部承载结构，对整个桥梁的安全和稳定起着重要作特性的影响；研究深水桥墩进行流固耦合分析时流用。在汶川地震中的庙子坪大桥，桥墩出现了不同体单元划分尺寸、水体范围大小的选取；计算分析水程度的倾斜，有较大的墩顶位移，出现了落梁震害。体对工程中常见的矩形、圆形和圆端型桥墩频率和该桥主墩分别高102．4和99．5m，在地震时淹没深振型的影响，并研究淹没深度、截面尺寸、空心墩壁水分别为48．7