高速列車作用引起橋墩—水流固耦合振動特性的研究.pdf

1、隨著我國高速鐵路系統(tǒng)的飛速發(fā)展，越來越多涉水鐵路橋梁的建設無法避免，且這些涉水鐵路橋梁的涉水深度不斷刷新國內外紀錄。在當前的涉水鐵路橋梁中，橋墩淹沒深度最深已達168米，相當于56層樓的高度。這些處于深水中的橋墩，在高速列車運行產生的復雜激振力作用下，會發(fā)生一定的振動和變形，并引起周圍水體的振動。水體的振動又反作用于橋墩，并改變橋墩的振動和變形狀態(tài)，這種作用與反作用始終伴隨著列車的通過。橋墩作為橋梁上部結構的關鍵支撐構件，一旦發(fā)生破壞，

2、必然會導致災難性的后果。因此，分析研究水體對橋墩自振特性的影響以及由高速列車作用引起的動力振動特性的影響，有利于橋梁結構的安全性、穩(wěn)定性、使用性方面的設計與建造以及日常維護。
　　本文在查閱大量國內外有關結構與流體之間的流固耦合計算方法和原理，以及與橋墩-水流固耦合振動特性相關文獻的基礎上，分析了獨立的橋墩結構（主要是高墩）在水中的自振特性，重點分析了獨立的橋墩結構在高速列車作用時，水體對其動力振動特性的影響。主要做了以下分析和研

3、究：
　　⑴運用ANSYS有限元軟件建立了實體橋墩模型和水-橋墩耦合有限元模型，并對橋墩自振和動力振動特性進行分析。
　?、茖蚨者M行自振特性分析時，通過ANSYS建立不同水深中的橋墩模型，模擬計算其自振頻率隨水深的變化規(guī)律。當水深較淺（小于墩高50％）時，橋墩自振頻率降低幅度不明顯；當水深較大（大于墩高50%）時，橋墩自振頻率隨水深的增加出現明顯降低。并分析了橋墩處于無水和滿水情況下，橋墩的幾何尺寸對其自振頻率的影響。

4、r>　　⑶對橋墩進行動力特性分析時，應用ANSYS建立實體橋墩模型，通過在墩頂加載60m/s、70m/s、80m/s和90m/s車速引起的激振力，模擬計算出橋墩墩頂X、Y、Z方向（橫向、縱向和豎向）位移和加速度的變化規(guī)律和時程。墩頂X、Y、Z方向最大位移隨車速的增加而減小，最大加速度隨車速的增加而增加。
　?、韧ㄟ^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運行引起的激振力，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)律和時程。當水深小于墩高80%，車速從60m/s增至90m/s時，墩頂X、Y方向最大位移隨淹沒深度的增大先減小后增加；當水深超過墩高的80%，不同車速情況下，墩頂X、Y方向最大位移隨淹沒深度的增大而大幅增加。當水深小于墩高90%時，墩頂X、Y方向最大加速度隨淹沒深度的增加沒有發(fā)生明顯的變化。但是，當水深超過墩高的90%時，墩頂 X、Y方向最大加速度出現明顯的減小。墩頂 Z方向最大位移和加速