墩水相互作用對深水橋墩與船舶撞擊的影響研究

鄧江濤，李永樂，余傳錦

（1.中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308；2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031）

在水中修建橋墩改變了水的流場，橋墩受到了流水的沖擊力，且動(dòng)力作用要顯著大于靜力作用［1-2］。在撞擊荷載（如船、流木、浮冰等）作用下，橋墩會(huì)發(fā)生振動(dòng)，并使周圍水體產(chǎn)生劇烈的波動(dòng)，水體以動(dòng)水壓力的形式反作用于橋墩，改變了橋墩的變形和振動(dòng)形態(tài)。撞擊過程中橋墩與水的相互作用不能忽視，而且水越深這種作用對撞擊過程的影響越大。

尺寸很小的結(jié)構(gòu)物不會(huì)影響周圍水體流動(dòng)，常采用Morison 方程［3］計(jì)算作用于固定結(jié)構(gòu)物的水平波浪力。當(dāng)橋墩截面變化可以用定函數(shù)來表達(dá)時(shí)，根據(jù)Morison等理論求出動(dòng)水壓力的解析解，再聯(lián)立橋墩的振動(dòng)方程聯(lián)立求解是可行的［4］。一旦橋墩結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，解析法則不再適用，有限元法為這類復(fù)雜的流固耦合問題提供了解決途徑。宋波等［5］利用Morison 修正公式，忽略了阻尼項(xiàng)，將動(dòng)水作用等效為質(zhì)量點(diǎn)均勻施加在樁基上，以橋墩動(dòng)力特性以及動(dòng)力響應(yīng)（位移和加速度）為考察對象，對比了附加質(zhì)量法與有限元模擬方法，結(jié)果表明2種方法的計(jì)算結(jié)果較為吻合。楊吉新等［6］進(jìn)行了實(shí)體橋墩和空心橋墩流固耦合的有限元模擬，結(jié)果表明考慮內(nèi)部水體以后，自振頻率低于相同尺寸實(shí)體墩在水中的自振頻率。楊萬理等［7-8］基于流體單元法建立了簡化流體域的有限元模型，使得建模過程更方便有效；探討了深水橋墩流固耦合下動(dòng)力特性研究的有限元理論和建立計(jì)算模型的方法，研究了橋墩墩水相互作用分析中流體單元網(wǎng)格尺寸、流體范圍對深水橋墩動(dòng)力特性數(shù)值解精度的影響。……