D0I:10.13374/i.i8sn1001t153.2010.03.021 第32卷第3期 北京科技大学学报 Vol 32 No 3 2010年3月 Journal of Un iversity of Science and Technology Beijing Mar.2010 桥墩与水相互作用的振动台试验 宋波张国明李悦 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要以南京长江三桥南塔墩作为工程背景，并按照1：50的相似比设计出桥墩的模型，并选取正弦波和天津波作为加载的 波形，在无水与有水两种状态下开展了振动台试验.试验数据表明，承台部分的加速度视加载波形峰值的不同有2%到4% 的增幅，位移、应变等也有相应的增幅·通过试验得出的动水压力沿高程分布图表明，动水压力的分布与地震波强度明显 相关。 关键词桥墩：流固耦合；地震；振动台试验 分类号U4425+9 Shaking table test of pier water intereaction SONG Bo ZHANG Guom ing LI Yue School ofCivil and Envimmmental Engineerng University of Science and Technology Beijing Beijing 100083 China ABSTRACT Taking the Thind Nanjing Yangtze R iver Brilge as an engineering backgmound a pile-cap piermodel was designed and built by using the si ilar principles with a scale factor of 1:50 A shak ing table test of this piermodelwas carried out by loading a sine wave and Tianjin wave n the two cases around water and around air The result showed that the largest rate of acceleration increased from 20%to 40%under different waves and the displacement and strain increased accomingly The curves of earthquake hydrody- nan ic pressure along pile height indicated that the distrbution of pressure was relevant to the in tensity of earthquake waves KEY W ORDS piers fluid stmucture in teraction:earthquake shak ing table test 步入21世纪以来，中国桥梁建设事业持续发 在80m左右，最深达120m,因此，波浪、流体对桥 展，建造了许多大跨径桥梁，包括设计跨度为1O88m 梁的作用就不容忽视，加之中国是一个地震多发国 的苏通大桥设计跨度为1018m的香港昂船洲大桥 家，研究地震作用下水与桥墩的相互作用十分必要. 及设计跨度为1650m的舟山连岛工程西堠门大桥 等.2005年国家高速公路网规划(7918)已由国务 1水与桥墩相互作用研究现状 院批准，在未来30年内，高速公路将达到8.4万 流固耦合动力学问题是研究液体与固体两相介 km.随着高等级公路建设步伐的加快和沿江、沿海 质之间的相互作用，固体在运动液体的载荷作用下 经济的快速发展，中国大型越江跨海桥梁的建设必 会产生变形或运动，而固体的变形或运动又反过来 将以较高速度持续发展， 影响液体的运动，进而改变作用于固体表面的载荷· 一般地，修建在较大水深河流上的桥梁以及跨 流固耦合问题可由其耦合方程来定义，这组方程的 海桥梁都面临较深的河水或海水，如中国正在规划 定义域同时有流体域与固体域，而未知变量含有描 和建设的沿海高速公路干线涉及五个大型跨海工程 述流体现象的变量及描述固体现象的变量，一般而 项目，从北向南依次跨越渤海海峡、长江口、杭州湾、 言，具有以下两点特征：①流体域或固体域皆不能单 珠江口伶仃洋和琼州海峡，在这些水域中有的水深 独求解：②无法显式地消去描述流体运动的独立变 收稿日期：2009-05-19 基金项目：国家自然科学基金重大项目(N。90715007) 作者简介：宋波(l962)男，教授，博士，E mait songh6@ces ustb edu en第 32卷 第 3期 2010年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．3 Ｍａｒ．2010 桥墩与水相互作用的振动台试验 宋 波 张国明 李 悦 北京科技大学土木与环境工程学院‚北京 100083 摘 要 以南京长江三桥南塔墩作为工程背景‚并按照 1∶50的相似比设计出桥墩的模型‚并选取正弦波和天津波作为加载的 波形‚在无水与有水两种状态下开展了振动台试验．试验数据表明‚承台部分的加速度视加载波形峰值的不同有 20％到 40％ 的增幅‚位移、应变等也有相应的增幅．通过试验得出的动水压力沿高程分布图表明‚动水压力的分布与地震波强度明显 相关． 关键词 桥墩；流固耦合；地震；振动台试验 分类号 Ｕ442．5 ＋9 Ｓｈａｋｉｎｇｔａｂｌｅｔｅｓｔｏｆｐｉｅｒ-ｗａｔｅｒｉｎｔｅｒｅａｃｔｉｏｎ ＳＯＮＧＢｏ‚ＺＨＡＮＧＧｕｏ-ｍｉｎｇ‚ＬＩＹｕｅ ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ‚ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ‚Ｂｅｉｊｉｎｇ100083‚Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＴａｋｉｎｇｔｈｅＴｈｉｒｄＮａｎｊｉｎｇＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＢｒｉｄｇｅａｓａｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ‚ａｐｉｌｅ-ｃａｐｐｉｅｒｍｏｄｅｌｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄ ｂｕｉｌｔｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｗｉｔｈａｓｃａｌｅｆａｃｔｏｒｏｆ1∶50．Ａｓｈａｋｉｎｇｔａｂｌｅｔｅｓｔｏｆｔｈｉｓｐｉｅｒｍｏｄｅｌｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｌｏａｄｉｎｇａｓｉｎｅ ｗａｖｅａｎｄＴｉａｎｊｉｎｗａｖｅｉｎｔｈｅｔｗｏｃａｓｅｓａｒｏｕｎｄｗａｔｅｒａｎｄａｒｏｕｎｄａｉｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｒａｔｅｏｆａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ20％ ｔｏ40％ ｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｖｅｓ‚ａｎｄｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｓｔｒａｉｎｉｎｃｒｅａｓｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ．Ｔｈｅｃｕｒｖｅｓｏｆｅａｒｔｈｑｕａｋｅｈｙｄｒｏｄｙ- ｎａｍｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅａｌｏｎｇｐｉｌｅｈｅｉｇｈｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｓｒｅｌｅｖａｎｔｔｏｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｅａｒｔｈｑｕａｋｅｗａｖｅｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｐｉｅｒｓ；ｆｌｕｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ；ｓｈａｋｉｎｇｔａｂｌｅｔｅｓｔ 收稿日期：2009--05--19 基金项目：国家自然科学基金重大项目 （Ｎｏ．90715007） 作者简介：宋 波 （1962— ）‚男‚教授‚博士‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｂｏ＠ｃｅｓ．ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ 步入 21世纪以来‚中国桥梁建设事业持续发 展‚建造了许多大跨径桥梁‚包括设计跨度为1088ｍ 的苏通大桥设计跨度为 1018ｍ的香港昂船洲大桥 及设计跨度为 1650ｍ的舟山连岛工程西堠门大桥 等．2005年国家高速公路网规划 （7918）已由国务 院批准‚在未来 30年内‚高速公路将达到 8∙4万 ｋｍ．随着高等级公路建设步伐的加快和沿江、沿海 经济的快速发展‚中国大型越江跨海桥梁的建设必 将以较高速度持续发展． 一般地‚修建在较大水深河流上的桥梁以及跨 海桥梁都面临较深的河水或海水‚如中国正在规划 和建设的沿海高速公路干线涉及五个大型跨海工程 项目‚从北向南依次跨越渤海海峡、长江口、杭州湾、 珠江口伶仃洋和琼州海峡．在这些水域中有的水深 在 80ｍ左右‚最深达 120ｍ．因此‚波浪、流体对桥 梁的作用就不容忽视‚加之中国是一个地震多发国 家‚研究地震作用下水与桥墩的相互作用十分必要． 1 水与桥墩相互作用研究现状 流固耦合动力学问题是研究液体与固体两相介 质之间的相互作用‚固体在运动液体的载荷作用下 会产生变形或运动‚而固体的变形或运动又反过来 影响液体的运动‚进而改变作用于固体表面的载荷． 流固耦合问题可由其耦合方程来定义‚这组方程的 定义域同时有流体域与固体域‚而未知变量含有描 述流体现象的变量及描述固体现象的变量．一般而 言‚具有以下两点特征：①流体域或固体域皆不能单 独求解；②无法显式地消去描述流体运动的独立变 DOI :10．13374／j．issn1001—053x．2010．03．021