D0110.13374/i.issnl001053x.2011.0B.20 第33卷第3期 北京科技大学学报 Vo133 No 3 2011年3月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Mar 2011 地震时作用于深水桥墩上的动水力及对桥墩动力响应 的影响 李悦网 宋波黄帅 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 ☒通信作者.Ema1imue26@16位cm 摘要基于势流体理论，针对一典型实体矩形截面桥墩，分析了不同水深时，动水对桥墩自振特性的影响。研究了不同水深 和地震波类型等条件下，作用于桥墩上动水压力的分布规律及其合力作用点位置，并分析了动水对矩形截面桥墩在地震作用 下动力响应的影响.结果表明，由于动水和结构相互作用的影响，矩形截面桥墩的自振周期、墩底弯矩及剪力的峰值会随着水 深的增加而不断增大.动水使墩底弯矩和剪力分别最多增大了3%和5%，因此动水对桥墩动力反应的影响不可忽略.并 且，不同类型地震波对作用于桥墩上的动水压力分布的影响也不相同.根据日本规范计算作用于矩形截面桥墩上的动水力的 结果与本文的结果更为接近. 关键词桥墩：水动力学：地震：动力反应 分类号U4425+9 Hydrodynam ic force and its effect on the dynam ic response of deep_water bridge piers in earthquake LI Yu SNG Bo HUANG Shuai School ofCivil and Envirormental Engneering University of Sc ience and Technokgy Beijing Beijing 100083 China ☒Coreponding auhor Emai时ue26@163m ABSTRACT Based on he potntal fpw theory he inflence ofwater on he natural vibration characteristics of a typical rectnguar en tity pier as the prototype was analyzed at differentwater depths As the sae tie the d istrbu tion ofhydrodyna i pressure acting on the pier he action spot of hydrodynamic force and the effect of water on he seimic response of the pierwee analyzed under the cond ition ofd ifferent water dep hs and tpes of seisic loads The results show he natural vibration perpd he peak vales of bend ng mon ent and shear foroe at the bottom of he per nceasew ith the rise of water dep The bend ng mom entand shear prce increase by 31%and 50 atm ost respectively wh ich ind icate hat the effect ofwater a the dynamic esponse of he pier should not be gnored The infuence ofd ifferent seismi waves on he distbuton of hydrodynan ic pressure actng an the pier is not identical The resu lts of hydrodynam i prce acting on he pier according p he Japanese specificaton are closer p dan in this paper KEY WORDS bridge piers hydrodynamnics eartquakes dynamic response 深水桥梁在地震作用下产生变形的同时，还会 震中，就出现了深水桥梁的严重震害现象田.虽然 引起周围水体的运动，水体运动又以动水力的形式 还没有直接证据证明动水作用会直接导致桥梁破 反作用于桥梁水下部分，改变桥梁结构自身的振动 坏，但由于动水力往往加剧结构在地震中的破坏，因 和变形状态，这种作用与反作用伴随地震的始终. 此动水力是分析复杂介质环境中深水桥梁地震反应 从力学角度分析，动水力直接构成了水下结构的附 必须考虑的问题. 加惯性力和阻尼力并对桥梁下部结构以至全桥的动 在地震作用下，对动水力的研究是由W eset 力特性与内力产生不可忽略的影响.2008年汶川地 aar于1933年针对坝体结构首先提出的，其基 收稿日期：2010-02-26 基金项目：国家自然科学基金重大研究计划资助项目(N090715007):国家自然科学基金面上项目(N95107803)第 33卷 第 3期 2011年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.33 No.3 Mar.2011 地震时作用于深水桥墩上的动水力及对桥墩动力响应 的影响 李 悦 宋 波 黄 帅 北京科技大学土木与环境工程学院, 北京 100083 通信作者, E-mail:liyue 26@163.com 摘 要 基于势流体理论, 针对一典型实体矩形截面桥墩, 分析了不同水深时, 动水对桥墩自振特性的影响.研究了不同水深 和地震波类型等条件下, 作用于桥墩上动水压力的分布规律及其合力作用点位置, 并分析了动水对矩形截面桥墩在地震作用 下动力响应的影响.结果表明, 由于动水和结构相互作用的影响, 矩形截面桥墩的自振周期、墩底弯矩及剪力的峰值会随着水 深的增加而不断增大 .动水使墩底弯矩和剪力分别最多增大了 31%和 50%, 因此动水对桥墩动力反应的影响不可忽略.并 且, 不同类型地震波对作用于桥墩上的动水压力分布的影响也不相同.根据日本规范计算作用于矩形截面桥墩上的动水力的 结果与本文的结果更为接近. 关键词 桥墩;水动力学;地震;动力反应 分类号 U442.5 + 9 Hydrodynamicforceanditseffectonthedynamicresponseofdeep-waterbridge piersinearthquake LIYue , SONGBo, HUANGShuai SchoolofCivilandEnvironmentalEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China Correspondingauthor, E-mail:liyue 26@163.com ABSTRACT Basedonthepotentialflowtheory, theinfluenceofwateronthenaturalvibrationcharacteristicsofatypicalrectangular entitypierastheprototypewasanalyzedatdifferentwaterdepths.Asthesametime, thedistributionofhydrodynamicpressureacting onthepier, theactionspotofhydrodynamicforceandtheeffectofwaterontheseismicresponseofthepierwereanalyzedunderthe conditionofdifferentwaterdepthsandtypesofseismicloads.Theresultsshowthenaturalvibrationperiod, thepeakvaluesofbending momentandshearforceatthebottomofthepierincreasewiththeriseofwaterdepth.Thebendingmomentandshearforceincreaseby 31% and50% atmostrespectively, whichindicatethattheeffectofwateronthedynamicresponseofthepiershouldnotbeignored. Theinfluenceofdifferentseismicwavesonthedistributionofhydrodynamicpressureactingonthepierisnotidentical.Theresultsof hydrodynamicforceactingonthepieraccordingtotheJapanesespecificationareclosertodatainthispaper. KEYWORDS bridgepiers;hydrodynamics;earthquakes;dynamicresponse 收稿日期:2010--02--26 基金项目:国家自然科学基金重大研究计划资助项目 ( No.90715007) ;国家自然科学基金面上项目 ( No.51078033 ) 深水桥梁在地震作用下产生变形的同时, 还会 引起周围水体的运动, 水体运动又以动水力的形式 反作用于桥梁水下部分, 改变桥梁结构自身的振动 和变形状态, 这种作用与反作用伴随地震的始终 . 从力学角度分析, 动水力直接构成了水下结构的附 加惯性力和阻尼力并对桥梁下部结构以至全桥的动 力特性与内力产生不可忽略的影响.2008年汶川地 震中, 就出现了深水桥梁的严重震害现象 [ 1] .虽然 还没有直接证据证明动水作用会直接导致桥梁破 坏, 但由于动水力往往加剧结构在地震中的破坏, 因 此动水力是分析复杂介质环境中深水桥梁地震反应 必须考虑的问题. 在地震作用下, 对动水力的研究是由 Wester￾gaard [ 2]于 1933年针对坝体结构首先提出的, 其基 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2011.03.020