深水橋梁下部結構體系振動臺模型試驗研究及理論分析.pdf

1、　　隨著過去十年我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的橋梁建設事業(yè)也取得了舉世矚目的成就，正向著大跨、深水方向發(fā)展。對于處在深水環(huán)境的大跨度橋梁，在地震作用下，水與橋梁下部結構的相互作用將對橋梁的安全性產(chǎn)生不可忽視的影響。然而，目前國內外有關地震作用下深水橋梁結構的動力特性和地震響應的理論與試驗研究有限，所以，開展該領域的研究具有重要的實際工程意義。本文以跨海大橋下部樁墩結構為研究對象，結合室內模型試驗對地震作用下的深水橋梁樁墩結構進行了系統(tǒng)的分析

2、，歸納出關于該類結構動力特性和地震響應的一般規(guī)律，為深水橋梁的抗震設計及安全性評價提供依據(jù)。據(jù)此，本論文的主要工作如下：
　　(1) 通過查閱大量的國內外相關文獻，總結并評述了關于振動臺模型試驗、樁墩類結構的動水壓力計算方法以及結構損傷識別的相關研究成果。對地震作用下結構與水耦合振動的機理和基本理論，包括輻射波理論、繞射波理論和半解析半經(jīng)驗理論等做了介紹。
　　(2) 對傳統(tǒng)的 Morison 方程進行修正，以適用地

3、震和波浪聯(lián)合作用下的情況。討論了慣性力系數(shù)的影響因素，給出了不同類型構件、不同水深環(huán)境和不同直徑構件的取值方法；并分析了自由表面波及流體壓縮性對慣性力系數(shù)計算結果的影響；比較了國內外幾部橋梁抗震規(guī)范的動水壓力計算方法，并與本文給出的慣性力系數(shù)計算附加水質量的結果進行了比較；最后，應用本文給出的經(jīng)修正后的Morison方程對一具體算例進行分析并討論了動水壓力對各種影響因素的敏感性。
　　(3) 考慮了水下樁墩結構的特點，在一定理

4、論假設的基礎上，基于Buckinghamp定理，采用量綱分析法及方程分析法，對比分析得到了橋梁下部樁墩結構振動臺破壞性試驗模型設計的實用相似關系。
　　(4) 為了更直觀地了解地震作用下動水壓力對結構動力特性和地震響應的影響，進行了橋梁下部樁墩結構的破壞性振動臺模型試驗。結果表明，地震作用下由于結構周圍水體的影響，結構的自振頻率減小，地震響應增大。因此，工程設計中應考慮動水壓力的影響。同時，通過本研究，給出了一種水下樁墩結構的

5、試驗方法，可以為其它同類試驗提供參考。
　　(5) 對試驗模型結構進行了數(shù)值模擬以及有限元模型修正，通過與試驗結果對比，表明了本文采用的數(shù)值模型及有限元模型修正方法可以滿足要求。此外，本文采用的神經(jīng)網(wǎng)絡預測結果與試驗結果吻合較好，驗證了將訓練有素的神經(jīng)網(wǎng)絡應用于地震響應預測的可行性。
　　(6) 針對水下樁墩結構研究了損傷預警、損傷定位和損傷程度標定的三步損傷識別方法，即分別采用比較適合的識別方法：在第一步采用基頻或