《地震作用下深水橋樑墩-水耦合作用數值計算模式研究》是依託西南交通大學，由楊萬理擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：地震作用下深水橋樑墩-水耦合作用數值計算模式研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊萬理
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國建設的深水橋樑多處於地震多發區，地震作用下深水橋樑墩-水耦合振動的研究很少，相關抗震設計規範不完善,急需開展研究。前期研究發現，深水橋樑抗震計算模式中存在問題：完全使用有限元法，存在效率不高和不易收斂；使用傳統的半解析半數值解法，建模時對橋樑的過度簡化，導致精度不高。本項目擬研究一種新的地震作用下橋墩墩-水耦合作用數值計算模式：基於輻射波浪理論，進一步完善圓形和矩形橋墩的動水應力解析解，並推導或擬合多邊形和任意截面橋墩的動水應力表達式；從表達式中提取附加質量、附加阻尼和附加剛度，建立相應截面類型的墩-水耦合效應單元；採用有限元軟體建立未簡化橋樑的模型，並在模型上生成建立的墩-水耦合效應單元來模擬橋墩與水的耦合作用，後續計算和後處理仍採用有限元軟體進行。該計算模式將尋求計算效率和精度較好的結合。該方面的研究將進一步完善墩-水耦合振動理論，並能在我國深水橋樑抗震計算中發揮重要作用。
結題摘要
西部山區庫區有不少的深水大跨橋樑，而這些地方多是地震高發區，地震作用下橋墩受到的動水壓力不可忽視。目前相關規範中動水壓力計算的條文還不完善，亟需深入研究。現有的計算方法中，解析法適用範圍有限，以商業軟體為代表的純數值計算方法建模複雜且計算效率低甚至不收斂。本項目在對現有計算方法歸納總結的基礎上，面向工程套用，研究地震作用下考慮動水壓力時深水橋樑地震影響的便捷計算方法。 按照項目計畫書，對圓形橋墩、正方形橋墩、矩形橋墩、橢圓形橋墩、圓端形橋墩以及任意截面形狀橋墩動水壓力進行研究，提取出附加質量、附加阻尼表達式，形成相應的質量、阻尼單元構造有水時結構振動控制方程，並在APDL中編制相應的計算程式，計算深水橋樑的動力特性和動力回響。並進行了工程套用研究，開展了小型墩-水耦合振動台試驗。主要取得了以下成果： 1、對工程中常用的動水壓力計算方法進行了對比研究，得出了各自的優缺點和套用範圍。 2、針對傳統Morison方程不能計算空心橋墩內域水動水壓力的缺點，提出了能同時考慮空心橋墩內域水、外域水動水壓力的擴展Morison方程。 3、基於輻射波浪法的動水壓力表達式繁冗難以計算，在matlab中編制了計算程式，為該表達式的簡化提供支持。 4、從動水壓力表達式中提取附加質量、附加阻尼，構造結構振動控制方程，並在APDL中編制了動力特性和動力回響計算程式。 5、對Morison方程中矩形橋墩動水壓力慣性力係數 的離散值進行了擬合，得到了不同長寬比矩形橋墩慣性力係數取值表達式。 6、利用混合法，通過編程疊代計算和曲線擬合，得到了正方形橋墩、長方形橋墩附加質量計算表達式。 7、推導了頻率降低率與附加質量的關係，用APDL編程在ANSYS中計算附加質量，再進行數值擬合得到附加質量。用該方法得到了任意截面形狀橋墩的附加質量。 8、將本項目中得到附加質量計算方法、結構動力回響計算程式用於工程實際。通過對比，表明本研究提出的計算方法、計算程式的正確性，以及方便快捷的優點。 9、完成了小型墩-水耦合振動台試驗，獲得了部分有益數據，可以對本項目提出的數值計算方法進行部分驗證
