考虑流固强耦合效应的深水桥墩地震反应分析

基于任意拉格朗日-欧拉（Aribitrary Lagrange-Euler,ALE）描述的Navier-Stokes方程,建立了考虑流固强耦合效应（Fluid-structure interaction,FSI）的深水桥墩地震反应分析整体有限元模型,分析了流固强耦合效应对桥墩墩身相对位移、剪力和弯矩反应的影响,讨论了不同水位下的流固耦合效应及其影响。算例结果表明：流固强耦合效应将使墩身位移和内力反应明显增大,增大幅度与输入地震波的频谱特性存在相关性;输入地震波的位移峰值越大,流固耦合效应对位移反应的影响越大,对内力反应的影响越小;水位对深水桥墩内力反应的影响较对位移的影响显著。     

动水压力作用下深水桥墩非线性地震响应分析

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。     

深水悬臂桥墩动力特性及地震响应分析

利用ADINA中的势流体单元对一已建成的深水高墩建模,桥梁上部结构对桥墩的影响以墩顶集中质量的形式体现,分别对不同水深条件下桥墩-水体系的动力特性和地震动响应进行了系统的求解;为了检验Morison方程在深水桥墩动力分析中的有效性,将基于忽略速度力项的Morison方程的计算结果与基于势流体的结果进行了比较。研究结果表明：①水体对结构的自振频率折减影响随着水深的增大而增大,基于Morison方程得到的结构频率的影响大于势流体模型;②水深对墩顶位移的影响比加速度明显,墩底剪力受水深的影响大于其对墩底弯矩的影响;③考虑上部集中质量的影响,结构的响应会不同程度地减小;④相对于势流模型,忽略速度项的Morison方程所得到的结构动力反应略显保守。     

考虑波流影响的深水群桩基础桥墩地震反应分析

用基于ABAQUS软件为平台的平行计算技术,对考虑波流影响的地基土-群桩-桥墩体系进行三维非线性地震反应数值模拟,土体和墩台以八节点等参单元离散,桩以梁单元离散,采用土体黏塑性记忆型嵌套面本构模型描述土的动力特性,采用动力塑性损伤模型描述混凝土的动力特性;基于Morison公式,采用Stokes五阶波浪理论描述表面波流,波浪力以分布力的形式施加于桥墩之上,分析了考虑和不考虑波流作用时不同地震动作用下群桩基础桥墩的地震反应特性,结果表明:波流作用对桩体加速度反应的影响很小,但对桩体相对位移和弯矩的影响显著,波流作用使桩体弯矩和顺流向的相对位移增大、逆流向的相对位移减小,其影响幅度随流速的增大而增大,波流作用与输入地震动特性密切相关。考虑波流作用对深水大型桥梁群桩基础桥墩地震反应的影响是有必要的。     

考虑流固耦合的桥墩地震反应方法

跨海桥梁地震反应中,作用于桥墩上的动水压力具有明显的流固耦合特征。依据张量理论,推导时变区域散度变换关系及微分形式的几何守恒律;基于任意拉格朗日一欧拉描述,从采用欧拉描述的流体运动Navier—Stokes方程出发,推导时变区域的流体运动控制方程;给出流固耦合问题中的结构计算模型、耦合面接触条件、耦合场计算方法以及流场网格运动控制方法。以某跨海大桥为例说明桥墩地震反应方法,重点突出地震动输入、流场初始条件模拟等问题。计算结果表明：流固耦合理论能够模拟桥梁墩台地震反应中的流场和结构特性;流场初始条件的正确模拟可保证计算稳定性,并减少运算量;横向地震动激励下,桥墩基底剪力较大,纵向地震动激励下,结构运动剧烈;流固耦合系统中的线弹性结构在地震反应中具有明显的非线性特征。     

墩-水耦合计算模式及深水桥墩动力响应研究

为了研究地震作用下动水压力对深水桥墩的影响,以声波动理论为基础,通过对流体域边界条件的简化和流体域范围的探讨,建立了一种改进的墩-水耦合有限元模型,并提出了常用深水桥墩的理想流体域范围图。分别讨论了深水桥墩在简谐荷载、地震荷载作用下的动力响应,结果表明:动水压力增大了桥墩的动力响应,增幅在20%到50%之间,不可忽视;当桥墩基频越接近简谐荷载激励频率或地震波主频有效带宽区间时,动水压力的影响越大。     

考虑流固耦合的水中结构物地震反应方法

基于运动控制体的雷诺输运定理,采用任意拉格朗日-欧拉描述推导控制流体运动的Navier-Stokes方程;提出考虑流固耦合效应的水中结构物地震反应计算方法,并以水中垂直板的地震反应为例,阐明流固耦合体系的求解方法.分析地震动频率和水深对场地土-结构-流水构成的流固耦合系统动力反应的影响,结果表明:采用不可压缩流算法的Navier-Stokes方程能够合理模拟流场的位形变化,并保证流固耦合计算的收敛;考虑流固耦合作用使得结构地震反应幅值明显增大,并使频谱特性发生改变;水深对流固耦合效应的影响较大,并具有明显的非线性特征.     

考虑动水压力影响的单柱式桥墩地震反应分析

在Morison方程的基础上,用附加水质量法考虑动水压力对桥墩的影响,以单柱式桥墩为研究对象,以ABAQUS有限元软件为计算平台,建立了考虑桩-土动力相互作用的单柱式桥墩地震反应分析模型,考虑土体和桥墩混凝土的动力非线性特征,分析了地震动作用下动水压力对单柱式桥墩的墩顶相对墩底位移、加速度、剪力和弯矩反应的影响,并探讨了水位对单柱式桥墩地震反应特性的影响。结果表明:动水压力改变桥墩的地震反应特性,增大了桥墩顶部相对底部的位移、墩顶绝对加速度和墩底的内力,水位变化影响桥墩的地震反应特性。对于深水桥墩抗震设计计算,考虑动水压力效应、水位变化是有必要的。     

动水压力对深水桥墩地震响应影响的研究综述

地震激励下处于深水中的桥墩和周围水体的相互作用将对桥梁结构的动力响应产生较大影响。首先对地震作用下水-桥墩的相互作用理论做了概括,给出了动水压力对桥墩的作用效应及各自的适用范围;对主要的三种考虑流固耦合效应的分析方法做了对比,探讨了地震作用下影响水-结构相互作用的主要因素,并对今后的研究提出了建议。     

波浪作用对单柱式桥墩地震反应特性的影响

以ABAQUS有限元软件为计算平台,建立了考虑波浪作用影响的单柱式桥墩-桩-土体系非线性地震反应分析二维有限元模型,土体以四节点实体单元离散,采用土体粘塑性记忆型嵌套面本构模型描述土的动力特性;桥墩以及桩以两节点梁单元离散,采用动塑性损伤模型描述混凝土的动力特性;根据Stokes五阶波浪理论,将基于Morison公式计算所得的波浪力以分布力的形式施加于桥墩之上,比较了静水条件下和考虑波浪作用时不同地震动激励下单柱式桥墩结构的地震反应特性,结果表明:波浪作用的影响使桥墩墩身相对墩底的位移反应、桥墩墩底的剪力和弯矩反应有较明显的增大,但对桥墩墩身加速度反应的影响可忽略不计,波浪作用影响的大小与输入地震动特性有关.在单柱式桥墩的抗震设计中考虑波浪作用的影响是必要的。     

深水高桩嵌岩桥墩抗撞能力分析

以2007年6月15日广东九江大桥船撞倒塌事故中被撞深水高桩嵌岩桥墩为研究对象,采用更新拉格朗日列式考虑结构几何非线性,Hognestad模型和Mander模型分别模拟无约束和受约束混凝土,理想弹塑性模型模拟钢筋作用;考虑桩基和周围介质的非线性作用,采用P-Y、T-Z和Q-Z弹簧模拟计算了单个高桩桥墩的抗撞能力,揭示了桩顶与承台结合处截面为深水高桩桥墩的薄弱环节。在此基础上,分析了桩基直径、河床冲刷与淤积程度、桩基倾斜角度、桩身配筋率、水下砂土内摩擦角对深水高桩桥墩抗撞能力的影响。     

MPA方法在不同高度桥墩地震响应分析中的适用性研究

桥梁通常是线路中的控制工程,其抗震性能显得尤为重要。作为梁桥重要组成部分的桥墩,往往是地震作用下容易受到损伤的构件。结合西部山区梁桥的典型桥墩结构形式,基于纤维模型的有限元方法建立桥墩的非线性数值分析模型。采用MPA方法对不同高度桥墩的地震响应进行分析,以非线性时程分析方法的计算结果为基准研究MPA方法的适用性。计算表明MPA方法在分析高阶模态参与程度较高的高墩构件时适用性较差。     

多维地震下考虑桩-土相互作用的曲线桥地震响应分析

为研究曲线桥梁在多维地震激励下考虑桩-土动力相互作用的地震响应特性,本文建立了空间桩-土脱离、摩阻和土体压缩非线性理论分析模型。为简化计算将该非线性弹簧模型进行线性化处理,结合有限元ANSYS分析平台建立了黄土场地的曲线桥仿真分析模型,对考虑桩-土相互作用的曲线桥进行了多维多工况数值分析,对比研究了曲线主梁跨中弯矩、墩底剪力和弯矩及桥墩顶位移的地震响应。结果表明:考虑桩-土相互作用的曲线桥梁主梁跨中内力与地震波输入方向密切相关,三维地震作用下主梁内力最大;各工况地震荷载作用下桥墩底部径向剪力响应比切向剪力响应大很多,而桥墩径向弯矩比切向弯矩略小;同一工况下不同桥墩顶切向位移响应大小相当,而径向位移差异较大。在进行非规则曲线桥梁抗震设计时,应充分考虑多维和单维地震激励输入工况。     

波浪力对深水桥墩结构在地震和冰荷载作用下的响应影响分析

考虑到波浪力对深水桥墩地震响应和冰振响应的影响,本文基于非线性Morision方程,同时考虑附加质量效应和流固耦合效应,通过建立深水桥墩结构有限元分析模型及动力平衡方程,对深水桥墩结构进行了波浪、冰荷载、地震3种环境激励荷载单独作用下,以及不同组合形式共同作用下的数值分析;进而对计算结果进行了比较,探讨了动水压力对深水桥墩结构响应的影响程度,可为今后深水桥墩抗震以及抗冰设计提供一定的借鉴和参考。     

深水中大跨径斜拉桥地震响应分析

本文以某斜拉桥为例,采用基于Morison方程的附加动水质量方法研究了动水压力对深水中大跨径斜拉桥地震响应的影响,并对中国、日本和欧洲规范中动水惯性系数的取值进行了对比研究。结果表明,在深水条件下应当考虑动水压力作用对结构地震响应的影响。对比日本和欧洲规范,我国规范中动水惯性系数取值偏低,动水压力的影响偏小。     

考虑液-固耦合的大型超高压换流变压器地震响应研究

针对大型超高压换流变压器的地震响应问题,以一超高压±800kV换流变压器为研究对象,考虑其本体中油与箱壁的相互作用建立三维有限元分析模型,采用LS-DYNA分析换流变压器的自振特性、地震作用下的动力响应规律以及换流变压器的薄弱部位。研究结果显示,对于大型超高压换流变压器,本体中油与箱壁的相互作用对结构动力响应有一定的放大作用,进行自振特性和地震响应分析时应考虑;套管体系的薄弱部位为套管的底部和中间部位,在这两个位置拉应力和压应力最大值交替出现;换流变套管体系在地震作用下的位移较大,套管顶部的导线应设置足够大的伸缩距离。