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波浪、海流环境中跨海桥梁深水桥墩的地震响应特性

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铁道学报 2019年第3期41卷 117-127页

作者：江辉白晓宇黄磊李辰孟宪锋杨庆山北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中国民航机场建设集团有限公司北京100101 重庆大学土木工程学院重庆400045

以跨海桥梁深水桥墩为对象,建立可考虑波浪、海流及地震共同作用的精细化双向流固耦合计算模型,系统讨论了不同波、流参数下桥墩的地震响应特性及参数影响规律。结果表明,波、流联合作用时,深水桥墩响应峰值随流速、水深、波高的增加而... 详细信息

以跨海桥梁深水桥墩为对象,建立可考虑波浪、海流及地震共同作用的精细化双向流固耦合计算模型,系统讨论了不同波、流参数下桥墩的地震响应特性及参数影响规律。结果表明,波、流联合作用时,深水桥墩响应峰值随流速、水深、波高的增加而增大,随波浪周期的增大而减小。波、流及地震共同作用下,桥墩响应幅值大于或小于地震单独作用时,但仍以地震作用为主,其响应特征与地震单独作用时相同;桥墩响应峰值随波浪相位、周期的增加而波动,随波高、水深的增加而增大或减小,随流速的增加而先增大后减小。波、流环境影响桥墩的地震响应,其程度与地震动频谱特性及波、流参数有关,其影响幅度最大可达到30.0%以上,在跨海桥梁抗震设计中应予以考虑。

关键词：跨海桥梁深水桥墩波浪海流地震流固耦合动力响应

地震-波浪耦合作用下考虑相位差影响的深水桥墩动力响应分析

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中国公路学报 2021年第5期34卷 86-98页

作者：赵秋红许梦凡董硕天津大学建筑工程学院天津300350 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350

跨海深水桥墩往往受到不可忽视的波浪作用,在设计时需考虑波浪力。在地震作用下,桥墩附近海域的波浪场受到地震动水压力的干扰,波浪作用也受到影响,桥墩的动力响应需考虑两者的耦合作用。另一方面,地震起振时,墩底处地震波的相位可简单... 详细信息

跨海深水桥墩往往受到不可忽视的波浪作用,在设计时需考虑波浪力。在地震作用下,桥墩附近海域的波浪场受到地震动水压力的干扰,波浪作用也受到影响,桥墩的动力响应需考虑两者的耦合作用。另一方面,地震起振时,墩底处地震波的相位可简单视为0,而桥墩处的波浪相位可能在0~2π之间变化,地震与波浪之间的相位差将直接影响波浪作用的大小,进而影响地震-波浪耦合作用。为了研究地震-波浪对深水桥墩的动力耦合作用,并考虑相位差对桥墩动力响应的影响,采用有限元分析软件ADINA建立的组合桥墩的精细化模型及桥墩附近水体的势流体单元模型,以模拟流固耦合作用;分别进行了地震单独作用下、波浪单独作用下以及地震-波浪耦合作用下桥墩的动力响应分析,并考虑了地震动、波高及地震与波浪之间相位差的不同。研究结果表明:地震与波浪间的耦合作用不能忽略,其对桥墩上总动水压力的影响在15%左右;地震与波浪之间的相位差对桥墩动力响应影响显著,当相位差在0~2π之间变化时,最大响应幅值变化接近54%;最不利相位差的取值与地震频率、桥墩水下基频和结构形式密切相关。利用MATLAB软件,提出了最不利相位差的计算方法及其适用条件;提出了耦合作用折算系数,以简化最大动力响应幅值的计算,推动实际工程应用。

关键词：桥梁工程地震-波浪耦合作用流固耦合数值模拟深水桥墩动力响应最不利相位差耦合作用折算系数

基于贝叶斯更新的深水桥墩波浪动力响应概率模型

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工程力学 2018年第8期35卷 138-143,171页

作者：张家瑞魏凯秦顺全西南交通大学土木工程学院桥梁工程系四川成都610031 中铁大桥勘测设计院集团有限公司湖北武汉430056

海洋环境中的深水桥墩长期受到不规则随机波浪动力作用。传统设计规范中采用的特征波浪计算方法,虽然简单高效,但是无法充分考虑波浪随机性和动力效应对结构的影响。该文以深水桥墩在波浪作用下的动力响应与静力响应之间的概率关系为研... 详细信息

海洋环境中的深水桥墩长期受到不规则随机波浪动力作用。传统设计规范中采用的特征波浪计算方法,虽然简单高效,但是无法充分考虑波浪随机性和动力效应对结构的影响。该文以深水桥墩在波浪作用下的动力响应与静力响应之间的概率关系为研究对象,应用贝叶斯更新理论建立简单有效的深水桥墩波浪动力响应概率模型。通过对比深水桥墩动力时程分析结果,验证模型的有效性,并对样本数量和模型形式进行讨论。研究表明:基于贝叶斯更新理论的深水桥墩波浪动力响应概率模型可以快速准确地计算波浪作用下深水桥墩的动力响应,能够有效修正传统静力方法存在的偏差,并可在样本数据非常有限的情况下对深水桥墩的动力响应进行较好估计。

关键词：贝叶斯更新深水桥墩概率模型波浪作用动力响应

考虑水底柔性反射边界的深水桥墩地震动水压力分析

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工程力学 2012年第7期29卷 102-106+116页

作者：黄信李忠献天津大学建筑工程学院

在深水桥墩地震动水压力分析中一般假定水底为完全反射边界,而忽略水底柔性介质对动水压力波的吸收作用。该文考虑水底柔性反射边界,基于辐射波浪理论,建立了深水桥墩地震动水压力的计算公式,深入分析了水底柔性反射边界对动水压力的影... 详细信息

在深水桥墩地震动水压力分析中一般假定水底为完全反射边界,而忽略水底柔性介质对动水压力波的吸收作用。该文考虑水底柔性反射边界,基于辐射波浪理论,建立了深水桥墩地震动水压力的计算公式,深入分析了水底柔性反射边界对动水压力的影响。研究表明:水底柔性反射边界会在特定的荷载激励频率范围内对深水桥墩动水压力产生影响,且动水压力随水底反射系数的减小而减小,深水桥墩地震动水压力分析可以忽略水底柔性边界的影响。从而为长大桥梁地震灾变过程精细化模拟提供了理论依据。

关键词：深水桥墩地震动水压力柔性反射边界完全反射边界辐射波浪理论

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波流与地震共同作用下深水桥墩动力响应分析

西南交通大学学报 2018年第1期53卷 79-87页

作者：吴安杰杨万理赵雷西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为了揭示深水环境中波流与地震共同作用下桥梁下部结构与水耦合作用机理,基于非线性Morison方程,建立了波浪、水流和地震联合作用下结构动力学方程,通过有限元离散,计算了某深水桩-承台-桥墩结构体系的动力响应,并分析了不同波流要素对... 详细信息

为了揭示深水环境中波流与地震共同作用下桥梁下部结构与水耦合作用机理,基于非线性Morison方程,建立了波浪、水流和地震联合作用下结构动力学方程,通过有限元离散,计算了某深水桩-承台-桥墩结构体系的动力响应,并分析了不同波流要素对该结构体系动力反应的影响.研究结果表明:波流与地震之间存在相互影响,波流对地震响应的影响范围为-31.6%~63.5%,这种影响不仅改变地震响应幅值本身,而且改变幅值出现的时刻,还将使得波流、地震联合作用下流场激励频率介于纯波流场激励频率和地震激励频率之间,因此有必要进行波流与地震的联合作用分析;当波流作用在承台及以上位置时,桥墩的动力响应显著增大,在实际工程建设中须引起重视,有必要选用承台高出水面的高桩承台.

关键词：波浪水流地震深水桥墩动力响应

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动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响

土木工程学报 2011年第1期44卷 65-73页

作者：黄信李忠献天津大学天津300072 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072

地震激励下水与桥墩的相互作用会对桥墩产生动水压力,本文研究动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响,对提高深水桥墩长大桥梁的抗震安全性尤为重要。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,分析了动水压力作用对... 详细信息

地震激励下水与桥墩的相互作用会对桥墩产生动水压力,本文研究动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响,对提高深水桥墩长大桥梁的抗震安全性尤为重要。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,分析了动水压力作用对桥墩地震响应的影响,并比较了两种方法计算的动水压力对桥墩地震响应影响的差异;分析了考虑土-结构相互作用时以及双向地震作用下动水压力作用对桩基桥墩地震响应的影响。研究表明:动水压力作用不仅会改变桥墩的动力特性,而且会增大桥墩的地震响应,其影响随相对水深的增大而增强;当桥墩迎水面宽度较大时,采用Morison方程计算的动水压力对桥墩地震响应的影响明显大于采用辐射波浪理论计算动水压力的影响;考虑土-结构相互作用会降低动水压力对桥墩地震响应的影响,但其影响仍不容忽视;考虑双向地震作用会加剧动水压力对桥墩地震响应的影响。由此得出结论,在深水桥墩长大桥梁的抗震分析中,需考虑动水压力作用对桥墩地震响应的影响。

关键词：深水桥墩地震响应动水压力 Morison方程辐射波浪理论土-结构相互作用双向地震作用

近、远场强震下深水桥墩的非线性动力响应特性

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华中科技大学学报（自然科学版） 2017年第8期45卷 81-86,98页

作者：江辉王宝喜白晓宇曾聪北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中国市政工程西北设计研究院有限公司甘肃兰州730030

以深水桥梁的两座桥墩为研究对象,考虑混凝土的非线性力学行为,以可有效计入墩-水流固耦合效应的势流体完全数值法为基础建立势流体模型,并引入动水压力简化算法建立附加质量模型.讨论了墩周水域范围及势流体单元尺寸的合理取值,验证了... 详细信息

以深水桥梁的两座桥墩为研究对象,考虑混凝土的非线性力学行为,以可有效计入墩-水流固耦合效应的势流体完全数值法为基础建立势流体模型,并引入动水压力简化算法建立附加质量模型.讨论了墩周水域范围及势流体单元尺寸的合理取值,验证了简化算法在深水桥墩非线性动力分析中的有效性.对比讨论了弹性模型、非线性模型动力响应的差别,对比了近、远场地震下深水桥墩非线性动力响应的差异及分布特征.研究结果表明:当地震动峰值加速度(P_(PGA))较小时,桥墩非线性模型与弹性模型的动力响应相一致;随P_(PGA)的增大,非线性模型的墩底弯矩、剪力均小于弹性模型,说明强震下桥墩会进入开裂甚至弹塑性状态,其力学行为与弹性模型差别明显,应该考虑其在强震下潜在的非线性动力行为.近场地震下,深水桥墩的动力响应明显高于远场,墩底弯矩均值分别比远场地震下大80.4%和34.4%,剪力均值分别大23.7%和28.9%,表明近场地震下桥墩会进入更强的非线性状态,对近断层区深水桥梁的抗震设计提出了更高的要求.

关键词：桥梁工程深水桥墩混凝土非线性势流体有限单元法动水压力简化算法近场地震远场地震动力响应

地震动脉冲参数对近断层区深水桥墩动力响应的影响分析

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铁道学报 2015年第8期37卷 80-90页

作者：江辉楚芹崔禹婷北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 山东职业学院铁道工程与土木工程系山东济南250104 华电重工股份有限公司北京100070

本文采用基于流固耦合理论的势流体计算方法,以某典型铁路深水桥梁为研究对象建立墩-水作用模型,引入人工合成近断层等效速度脉冲方法,量化分析并提炼脉冲参数对深水桥墩动水压力及结构地震响应的影响规律。研究表明:脉冲效应有可能使... 详细信息

本文采用基于流固耦合理论的势流体计算方法,以某典型铁路深水桥梁为研究对象建立墩-水作用模型,引入人工合成近断层等效速度脉冲方法,量化分析并提炼脉冲参数对深水桥墩动水压力及结构地震响应的影响规律。研究表明:脉冲效应有可能使结构动力响应成倍增大,脉冲峰值Vp、脉冲周期Tp和脉冲类型等3类脉冲参数对深水桥墩动力响应均存在明显影响。随着脉冲峰值Vp的增大,不同水深下桥墩结构的动力响应均增大;当脉冲周期Tp接近桥墩结构自振周期时,其动力响应被明显放大;对于本文算例,C类脉冲的影响最明显,B类次之,A类最小。结合反应谱分析可知,不同脉冲参数的影响方式和幅度有所差别,一定程度上可以根据脉冲波反应谱的频谱强度及周期分布特征解释。进行近断层区深水桥梁抗震设计时,应对比检验不同类型脉冲参数的潜在影响,确保桥梁地震安全。

关键词：深水桥墩近断层地震动速度脉冲脉冲参数动水压力地震响应

自由表面波和水体压缩性对深水桥墩地震动水压力的影响

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天津大学学报 2011年第4期44卷 319-323页

作者：黄信李忠献天津大学建筑工程学院天津300072 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072

地震时深水桥墩会受到动水压力作用,深入分析深水桥墩地震动水压力具有重要意义.基于辐射波浪理论建立深水桥墩地震动水压力计算公式,分析自由表面波和水体压缩性对动水压力的影响.研究表明:自由表面波仅在荷载激励频率较低时影响水面... 详细信息

地震时深水桥墩会受到动水压力作用,深入分析深水桥墩地震动水压力具有重要意义.基于辐射波浪理论建立深水桥墩地震动水压力计算公式,分析自由表面波和水体压缩性对动水压力的影响.研究表明:自由表面波仅在荷载激励频率较低时影响水面附近的动水压力;水体压缩性仅在荷载激励频率较高时影响动水压力.因此,在长大桥梁地震灾变过程模拟中可忽略自由表面波和水体压缩性对深水桥墩地震动水压力的影响.

关键词：深水桥墩地震动水压力自由表面波水体压缩性辐射波浪理论