【博士】橋墩冰激振動響應分析及復合反演研究【2009】

內容簡介

　　學科專業(yè)：防災減災及防護工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：大連理工大學　　學位年度： 2009年　　跨河、跨江橋梁結構以及海洋平臺的動冰力研究已逐漸成為寒冷區(qū)域結構工程抗冰反應分析的重要任務之一；其中橋梁結構作為跨海、跨河流域的重要交通樞紐，在冰激作用下的振動研究更是不容忽視，顯得尤為重要。　　考慮到進行室內模型試驗可以方便地控制一些參數，同時可以將各項參數進行合理組合，以便能夠直觀和更深入地發(fā)現(xiàn)在原型觀測和現(xiàn)場試驗中出現(xiàn)的問題，也便于找出各參數之間的內在聯(lián)系，總結出一般規(guī)律，為寒冷海域和江河流域的結構抗冰設計提供重要的參考價值。鑒于此，本文針對冰激橋墩結構振動問題從不同方面展開了一系列與之相關的研究，主要研究內容如下：　　(1)根據結構抗震反應分析思想提出了冰振反應譜，首先建立了基于功率譜密度函數的冰振反應譜；其次借鑒地震反應譜內插法的思想從理論和實際觀點出發(fā)，假定在等距離微小時間間隔內冰荷載按二次拋物線規(guī)律變化，由Duhamel積分推導出冰振位移、速度以及加速度反應譜的一系列連鎖公式，建立了基于非線性內插法的冰振反應譜，并利用實際冰壓力時程曲線進行了冰振反應譜數值分析，為以后冰激結構振動的研究提供一種方便、簡捷、精確的分析方法，也能夠將其有效地應用到結構的抗冰計算中?！　?2)考慮到室內模型設計的難易程度直接關系到模型試驗能否順利進行，本文在兩個合理假定的基礎上，根據相似基本理論及強迫振動理論，推導出一種改進的動冰力模型試驗相似律，以便能用更精確的模型試驗結果去預測原型結構在冰荷載作用下可能發(fā)生的破壞。同時為驗證該相似律的合理性及適用性，通過冰激橋墩振動算例進行了數值分析，分別對頻率、時間、位移、速度以及加速度等相似比尺進行了理論驗證?！　?3)為有效地解決荷載輸入信息已知和部分輸入信息未知情況下，結構的物理參數識別問題，探求了一種改進的物理參數時域識別和荷載反演算法，并利用該算法對一懸臂型橋墩結構的多個參數識別結果進行了有效驗證。此外，考慮到精細時程積分法的方便適用性，首次將其應用到動冰荷載的識別中；并通過具體算例和真實試驗數據對以上兩種算法的識別效果分別進行比較分析，進一步深入說明其在實際工程計算中的適用性。　　(4)利用本文提出的改進的動冰力模型試驗相似律設計了一橋墩模型，首次在大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室，開展了冰激柱體橋墩振動室內模型試驗。通過本試驗，分析直立橋墩結構在冰振作用下的響應特點，并探討冰的破壞形式以及冰壓力時程曲線的特性；同時將有限元計算結果和模型試驗結果結合起來進行分析比較，進一步驗證本文提出的改進的動冰力模型試驗相似律的適用性?！　?5)基于考慮流固耦合效應的橋墩振動響應分析方法，在流體理論分析基礎上，建立了不同環(huán)境荷載激勵下的非線性Morision方程，并利用Matlab數值分析軟件對不同工況下的墩．水耦合振動響應進行了計算比較。由于該方程同時考慮到附加質量效應和流固耦合效應，能夠真正解決結構與水的耦合振動問題，有利于深水橋墩結構設計?！　?

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