高速列車(chē)作用引起橋墩—水流固耦合振動(dòng)特性的研究.pdf

1、隨著我國(guó)高速鐵路系統(tǒng)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多涉水鐵路橋梁的建設(shè)無(wú)法避免，且這些涉水鐵路橋梁的涉水深度不斷刷新國(guó)內(nèi)外紀(jì)錄。在當(dāng)前的涉水鐵路橋梁中，橋墩淹沒(méi)深度最深已達(dá)168米，相當(dāng)于56層樓的高度。這些處于深水中的橋墩，在高速列車(chē)運(yùn)行產(chǎn)生的復(fù)雜激振力作用下，會(huì)發(fā)生一定的振動(dòng)和變形，并引起周?chē)w的振動(dòng)。水體的振動(dòng)又反作用于橋墩，并改變橋墩的振動(dòng)和變形狀態(tài)，這種作用與反作用始終伴隨著列車(chē)的通過(guò)。橋墩作為橋梁上部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵支撐構(gòu)件，一旦發(fā)生破壞，

2、必然會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。因此，分析研究水體對(duì)橋墩自振特性的影響以及由高速列車(chē)作用引起的動(dòng)力振動(dòng)特性的影響，有利于橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性、使用性方面的設(shè)計(jì)與建造以及日常維護(hù)。
　　本文在查閱大量國(guó)內(nèi)外有關(guān)結(jié)構(gòu)與流體之間的流固耦合計(jì)算方法和原理，以及與橋墩-水流固耦合振動(dòng)特性相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析了獨(dú)立的橋墩結(jié)構(gòu)（主要是高墩）在水中的自振特性，重點(diǎn)分析了獨(dú)立的橋墩結(jié)構(gòu)在高速列車(chē)作用時(shí)，水體對(duì)其動(dòng)力振動(dòng)特性的影響。主要做了以下分析和研

3、究：
　?、胚\(yùn)用ANSYS有限元軟件建立了實(shí)體橋墩模型和水-橋墩耦合有限元模型，并對(duì)橋墩自振和動(dòng)力振動(dòng)特性進(jìn)行分析。
　　⑵對(duì)橋墩進(jìn)行自振特性分析時(shí)，通過(guò)ANSYS建立不同水深中的橋墩模型，模擬計(jì)算其自振頻率隨水深的變化規(guī)律。當(dāng)水深較淺（小于墩高50％）時(shí)，橋墩自振頻率降低幅度不明顯；當(dāng)水深較大（大于墩高50%）時(shí)，橋墩自振頻率隨水深的增加出現(xiàn)明顯降低。并分析了橋墩處于無(wú)水和滿(mǎn)水情況下，橋墩的幾何尺寸對(duì)其自振頻率的影響。

4、r>　?、菍?duì)橋墩進(jìn)行動(dòng)力特性分析時(shí)，應(yīng)用ANSYS建立實(shí)體橋墩模型，通過(guò)在墩頂加載60m/s、70m/s、80m/s和90m/s車(chē)速引起的激振力，模擬計(jì)算出橋墩墩頂X、Y、Z方向（橫向、縱向和豎向）位移和加速度的變化規(guī)律和時(shí)程。墩頂X、Y、Z方向最大位移隨車(chē)速的增加而減小，最大加速度隨車(chē)速的增加而增加。
　　⑷通過(guò)ANSYS建立不同水深下的橋墩-水流固耦合有限元模型，在墩頂施加高速列車(chē)運(yùn)行引起的激振力，分析得出橋墩墩頂X、Y、Z方

5、向（橫向、縱向和豎向）位移和加速度隨水深的變化規(guī)律和時(shí)程。當(dāng)水深小于墩高80%，車(chē)速?gòu)?0m/s增至90m/s時(shí)，墩頂X、Y方向最大位移隨淹沒(méi)深度的增大先減小后增加；當(dāng)水深超過(guò)墩高的80%，不同車(chē)速情況下，墩頂X、Y方向最大位移隨淹沒(méi)深度的增大而大幅增加。當(dāng)水深小于墩高90%時(shí)，墩頂X、Y方向最大加速度隨淹沒(méi)深度的增加沒(méi)有發(fā)生明顯的變化。但是，當(dāng)水深超過(guò)墩高的90%時(shí)，墩頂 X、Y方向最大加速度出現(xiàn)明顯的減小。墩頂 Z方向最大位移和加速