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动水力简化计算方法对圆形桥墩传递函数的影响

郭婕 赵密 王丕光 杜修力

郭婕, 赵密, 王丕光, 杜修力. 动水力简化计算方法对圆形桥墩传递函数的影响[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 50-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0003
引用本文: 郭婕, 赵密, 王丕光, 杜修力. 动水力简化计算方法对圆形桥墩传递函数的影响[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 50-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0003
GUO Jie, ZHAO Mi, WANG Pi-guang, DU Xiu-li. EFFECTS OF SIMPLIFIED METHODS FOR HYDRODYNAMIC FORCE ON TRANSFER FUNCTION OF CIRCULAR PIER[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 50-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0003
Citation: GUO Jie, ZHAO Mi, WANG Pi-guang, DU Xiu-li. EFFECTS OF SIMPLIFIED METHODS FOR HYDRODYNAMIC FORCE ON TRANSFER FUNCTION OF CIRCULAR PIER[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 50-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0003

动水力简化计算方法对圆形桥墩传递函数的影响

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0003
基金项目: 国家自然科学基金项目(51421005,51678015)
详细信息
    作者简介:

    郭婕(1990-),女,四川人,博士生,主要从事水-结构动力相互作用研究(E-mail:guojie14@bjut..edu.cn);赵密(1980-),男,吉林人,教授,博士,博导,主要从事重大工程抗震领域的研究(E-mail:zhaomi@bjut.edu.cn);王丕光(1985-),男,山东人,助理研究员,博士,主要从事桥梁结构抗震领域的研究(E-mail:wangpiguang1985@126.com).

    通讯作者: 杜修力(1962-),男,四川人,长江学者特聘教授,博士,博导,主要从事地震工程领域的研究(E-mail:duxiuli@bjut.edu.cn).
  • 中图分类号: U442.55

EFFECTS OF SIMPLIFIED METHODS FOR HYDRODYNAMIC FORCE ON TRANSFER FUNCTION OF CIRCULAR PIER

  • 摘要: 刚性柱法、莫里森法和基频近似法是可供工程应用的不可压缩无粘性水体地震动水力的简化计算方法。为研究上述方法的差异性,将基于不可压缩无粘性水体辐射理论推导的考虑结构变形的精确解作为标准,从频域传递函数的角度,对各简化方法进行比较分析。以水中悬臂圆柱墩为例,选取2个尺寸参数并设计了84种不同尺寸的桥墩,输入脉冲激励得到墩顶节点的位移传递函数、墩底节点的剪力和弯矩传递函数,提取各传递函数的前两阶共振峰幅值和共振频率,基于标准解结果求得3种简化方法的误差。通过分析误差的范围及变化趋势,发现刚性柱法所得共振峰幅值更精确,基频近似法所得共振周期更精确,莫里森法误差受参数的影响显著。此外,基频近似法所得共振峰幅值大多偏小,而莫里森法所得幅值和周期大多偏大。
  • [1] Westergaard H M. Water pressures on dams during earthquakes[J]. Transactions. ASCE, 1933, 98(1):418-433.
    [2] Jacobsen L S. Impulsive hydrodynamics of fluid inside a cylindrical tank and of fluid surrounding a cylindrical pier[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 1949, 39(3):189-204.
    [3] Liu C G, Sun G S. Calculation and experiment for dynamic response of bridge in deep water under seismic excitation[J]. China Ocean Engineering, 2014, 28(4):445-456.
    [4] Deng Y L, Guo Q K, Xu L Q. Experimental and numerical study on modal dynamic response of water-surrounded slender bridge pier with pile foundation[J]. Shock and Vibration, 2017:1-20.
    [5] Wang X D, Bathe K J. Displacement pressure based mixed finite element formulations for acoustic fluid-structure interaction problems[J]. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1997, 40(11):2001-2017.
    [6] 杜修力, 王进廷. 动水压力及其对坝体地震反应影响的研究进展[J]. 水利学报, 2001, 3(7):13-21. Du Xiuli, Wang Jingting. Review of studies on the hydrodynamic pressure and its effects on the seismic response of dams[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2001, 3(7):13-21. (in Chinese)
    [7] Xu H, Zou D G, Kong X J, et al. Study on the effects of hydrodynamic pressure on the dynamic stresses in slabs of high CFRD based on the scaled boundary finite-element method[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2016, 88:223-236.
    [8] Løkke A, Chopra A K. Direct finite element method for nonlinear analysis of semi-unbounded dam-waterfoundation rock systems[J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 2017, 46(8):1267-1285.
    [9] 赖伟, 王君杰, 胡世德. 地震下桥墩动水压力分析[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2004, 32(1):1-5. Lai Wei, Wang Junjie, Hu Shide. Earthquake induced hydrodynamic pressure on bridge pier[J]. Journal of Tongji University(Natural Science), 2004, 32(1):1-5. (in Chinese)
    [10] 黄信, 李忠献. 动水压力作用对深水桥墩地震响应的影响[J]. 土木工程学报, 2011, 44(1):65-73. Huang Xin, Li Zhongxian. Influence of hydrodynamic pressure on seismic response of bridge piers in deepwater[J]. China Civil Engineering Journal, 2011, 44(1):65-73. (in Chinese)
    [11] Du X L, Wang P G, Zhao M. Simplified formula of hydrodynamic pressure on circular bridge piers in the time domain[J]. Ocean Engineering, 2014, 85:44-53.
    [12] Wang P G, Zhao M, Li H F, et al. An accurate and efficient time-domain model for simulating water-cylinder dynamic interaction during earthquakes[J]. Engineering Structures, 2018, 166:263-273.
    [13] Liaw C Y, Chopra A K. Dynamics of towers surrounded by water[J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 1974, 3(1):33-49.
    [14] Tanaka Y, Hudspeth R T. Restoring forces on vertical circular cylinders forced by earthquakes[J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 1988, 16(1):99-119.
    [15] 黄信, 李忠献. 自由表面波和水体压缩性对深水桥墩地震动水压力的影响[J]. 天津大学学报, 2011, 44(4):319-323. Huang Xin, Li Zhongxian. Influence of free surface wave and water compressibility on earthquake induced hydrodynamic pressure of bridge pier in deep water[J]. Journal of Tianjin University, 2011, 44(4):319-323. (in Chinese)
    [16] Maheri M R, Severn R T. Experimental added-mass in modal vibration of cylindrical structures[J]. Engineering Structures, 1992, 14(3):163-175.
    [17] Li Q, Yang W L. An improved method of hydrodynamic pressure calculation for circular hollow piers in deep water under earthquake[J]. Ocean Engineering, 2013, 72:241-256.
    [18] Jiang H, Wang B X, Bai X Y, et al. Simplified expression of hydrodynamic pressure on deepwater cylindrical bridge piers during earthquakes[J]. Journal of Bridge Engineering, 2017, 22(6):04017017-1-04017014-19.
    [19] Wang P G, Zhao M, Du X L, et al. Simplified evaluation of earthquake-induced hydrodynamic pressure on circular tapered cylinders surrounded by water[J]. Ocean Engineering, 2018, 164:105-113.
    [20] Han R P S, Xu H Z. A simple and accurate added mass model for hydrodynamic fluid-structure interaction analysis[J]. Journal of the Franklin Institute-Engineering and Applied Mathematics, 1996, 333B(6):929-945.
    [21] Yang W L, Li Q. A new added mass method for fluid-structure interaction analysis of deep-water bridge[J]. KSCE Journal of Civil Engineering, 2013, 17(6):1413-1424.
    [22] Morison J R, Johnson J W, Schaaf S A. The force exerted by surface waves on piles[J]. Journal of Petroleum Technology, 1950, 2(5):149-154.
    [23] Penzien J, Kaul M K. Response of offshore towers to strong motion earthquake[J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 1972, 1(1):55-68.
    [24] 冼巧玲, 冯俊迎, 周福霖. 水深对桥梁地震反应的影响分析[J]. 地震工程与工程振动, 2014, 34(1):81-86. Xian Qiaoling, Feng Junying, Zhou Fulin. The influence of water depth on the seismic response of bridge[J]. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics, 2014, 34(1):81-86. (in Chinese)
    [25] Yang W L, Li Q. The expanded Morison equation considering inner and outer water hydrodynamic pressure of hollow piers[J]. Ocean Engineering, 2013, 69:79-87.
    [26] Li Y, Li Z, Wu Q Q. Experiment and calculation method of the dynamic response of deep water bridge in earthquake[J]. Latin American Journal of Solids and Structures, 2017, 14(13):2518-2533.
    [27] 杜修力, 郭婕, 赵密, 等. 动水力简化计算方法对圆形桥墩地震反应的影响[J]. 北京工业大学学报, 2019, 45(6):37-46. Du Xiuli, Guo Jie, Zhao Mi, et al. Effects of simplified methods for hydrodynamic force on seismic responses of circular pier[J]. Journal of Beijing University of Technology, 2019, 45(6):37-46. (in Chinese)
    [28] 于亮亮, 宋汉文. 环境激励下脉冲响应函数与相关函数的关系[J]. 噪声与振动控制, 2017, 37(3):14-18, 36. Yu Liangliang, Song Hanwen. Discussion on the relation between correlation functions and impulse response functions under ambient excitation[J]. Noise and Vibration Control, 2017, 37(3):14-18, 36. (in Chinese)
    [29] Goyal A, Chopra A K. Hydrodynamic and foundation interaction effects in dynamics of intake towers:Frequency response functions[J]. Journal of Structural Engineering, 1989, 115(6):1371-1385.
    [30] 袁迎春, 赖伟, 王君杰, 等. Morison方程中动水阻力项对桥梁桩柱地震反应的影响[J]. 世界地震工程, 2005, 21(4):88-94. Yuan Yingchun, Lai Wei, Wang Junjie, et al. The effects of hydrodynamic damping on seismic response of bridge piles[J]. Word Earthquake Engineering, 2005, 21(4):88-94. (in Chinese)
    [31] GB 50010-2010, 混凝土结构设计规范(2015版)[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2010. GB 50010-2010, Code for design of concrete structures (2015 edition)[S]. Beijing:China Building Materials Press, 2010. (in Chinese)
  • [1] 陈力波, 王嘉嘉, 上官萍.  公路斜交梁桥地震易损性模型研究 . 工程力学, 2018, 35(1): 160-171,181. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.09.0674
    [2] 袁辉辉, 吴庆雄, 陈宝春, 蔡慧雄.  平缀管式等截面钢管混凝土格构柱荷载-位移骨架曲线计算方法 . 工程力学, 2016, 33(12): 206-216. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0671
    [3] 宋二祥, 宋广.  超前微桩复合土钉支护稳定及变形简化计算方法 . 工程力学, 2014, 31(3): 52-62. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.ST11
    [4] 赵明华, 尹平保, 张永杰, 杨明辉.  高陡斜坡段桩柱式桥墩基础设计计算方法研究 . 工程力学, 2013, 30(3): 106-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.11.0727
    [5] 陈金锋, 宋二祥.  西南山区机场高填方边坡反压护道优化设计 . 工程力学, 2012, 29(6): 85-91,97. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.08.0610
    [6] 赵秋, 吴冲.  U肋加劲板焊接残余应力的一种简化计算方法 . 工程力学, 2012, 29(10): 170-176. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0936
    [7] 魏焕卫, 宋丰波, 杨 敏, 孙剑平.  复合土钉墙变形的简化计算方法 . 工程力学, 2011, 28(增刊I): 156-161,.
    [8] 邢国华, 吴 涛, 刘伯权.  钢筋混凝土框架节点抗裂承载力研究 . 工程力学, 2011, 28(3): 163-169.
    [9] 吴 涛, 邢国华, 刘伯权, 黄 华.  基于软化拉-压杆模型方法的钢筋混凝土变梁中节点抗剪承载力研究 . 工程力学, 2010, 27(9): 201-208.
    [10] 杨喜文, 段树金.  钢-混凝土双面组合梁受拉钢筋有效分布宽度 . 工程力学, 2008, 25(增刊Ⅰ): 0-188.
    [11] 赖 伟, 王君杰.  沿水平向运动的水中截断圆柱体辐射波浪问题的解析解答 . 工程力学, 2007, 24(4): 0-086.
    [12] 陈勇军, 郑津洋, 邓贵德, 孙国有.  单层厚壁圆筒弹性动应力的简化计算方法 . 工程力学, 2006, 23(11): 45-51.
    [13] 王庆利, 王金鱼, 张永丹.  CFRP-钢管砼轴压短柱受力性能分析 . 工程力学, 2006, 23(8): 102-105,.
    [14] 李铁英, 魏剑伟, 张善元, 李世温.  应县木塔实体结构的动态特性试验与分析 . 工程力学, 2005, 22(1): 141-146.
    [15] 李道奎, 周建平, 雷勇军.  含内埋矩形脱层板屈曲分析的传递函数方法 . 工程力学, 2004, 21(2): 114-118,.
    [16] 涂文戈, 邹银生.  MTMD减震结构体系的频域分析 . 工程力学, 2003, 20(3): 78-88.
    [17] 李海阳, 雷勇军, 周建平.  平面问题的等参条形传递函数方法 . 工程力学, 2000, 17(5): 121-126.
    [18] 郝际平, 肖临善.  圆形筒仓仓壁动压力计算方法 . 工程力学, 1992, 9(3): 95-100.
    [19] 胡绍隆, 徐建平.  悬臂筒体的位移函数及计算方法 . 工程力学, 1985, 2(1): 110-118.
    [20] 唐瑞森, 孙强.  平板网架结构的简化计算方法及图表 . 工程力学, 1985, 2(4): 74-82.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-16
  • 修回日期:  2019-06-21
  • 刊出日期:  2020-05-27

动水力简化计算方法对圆形桥墩传递函数的影响

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0003
    基金项目:  国家自然科学基金项目(51421005,51678015)
    作者简介:

    郭婕(1990-),女,四川人,博士生,主要从事水-结构动力相互作用研究(E-mail:guojie14@bjut..edu.cn);赵密(1980-),男,吉林人,教授,博士,博导,主要从事重大工程抗震领域的研究(E-mail:zhaomi@bjut.edu.cn);王丕光(1985-),男,山东人,助理研究员,博士,主要从事桥梁结构抗震领域的研究(E-mail:wangpiguang1985@126.com).

    通讯作者: 杜修力(1962-),男,四川人,长江学者特聘教授,博士,博导,主要从事地震工程领域的研究(E-mail:duxiuli@bjut.edu.cn).
  • 中图分类号: U442.55

摘要: 刚性柱法、莫里森法和基频近似法是可供工程应用的不可压缩无粘性水体地震动水力的简化计算方法。为研究上述方法的差异性,将基于不可压缩无粘性水体辐射理论推导的考虑结构变形的精确解作为标准,从频域传递函数的角度,对各简化方法进行比较分析。以水中悬臂圆柱墩为例,选取2个尺寸参数并设计了84种不同尺寸的桥墩,输入脉冲激励得到墩顶节点的位移传递函数、墩底节点的剪力和弯矩传递函数,提取各传递函数的前两阶共振峰幅值和共振频率,基于标准解结果求得3种简化方法的误差。通过分析误差的范围及变化趋势,发现刚性柱法所得共振峰幅值更精确,基频近似法所得共振周期更精确,莫里森法误差受参数的影响显著。此外,基频近似法所得共振峰幅值大多偏小,而莫里森法所得幅值和周期大多偏大。

English Abstract

郭婕, 赵密, 王丕光, 杜修力. 动水力简化计算方法对圆形桥墩传递函数的影响[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 50-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0003
引用本文: 郭婕, 赵密, 王丕光, 杜修力. 动水力简化计算方法对圆形桥墩传递函数的影响[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 50-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0003
GUO Jie, ZHAO Mi, WANG Pi-guang, DU Xiu-li. EFFECTS OF SIMPLIFIED METHODS FOR HYDRODYNAMIC FORCE ON TRANSFER FUNCTION OF CIRCULAR PIER[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 50-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0003
Citation: GUO Jie, ZHAO Mi, WANG Pi-guang, DU Xiu-li. EFFECTS OF SIMPLIFIED METHODS FOR HYDRODYNAMIC FORCE ON TRANSFER FUNCTION OF CIRCULAR PIER[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 50-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0003
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