1.目的及意义

1.1研究背景

随着我国社会经济的迅速发展人民群众的交通出行量也在日益剧增。自从改革开放以来，我国公路建设事业得到了迅猛发展时代，尤其是高速公路的发展和建设，取得了良好的成绩，作为公路建设重要组成部分的桥梁建设也得到相应发展。我国的交通运输部门曾经给过一个详细的统计数值，到2014年年底的时候，我过得公路桥梁座数已经达到了75.71万座，总长度更是达到了4257.89万米目前，仅黄河上已建和在建的大桥已达228座，长江上达到162座。我国建成的悬索桥、斜拉桥、拱桥和梁桥这四类桥梁的跨径均已居世界同类桥梁跨径的前列。

在这些桥梁里面，有很多桥梁都是建立在二十世纪60年代左右的，现如今车辆的载重不断上升，行车的密度也在不断增加，超载对于桥梁道路的毁坏更是不言而喻的。上世纪70年代以前，混凝土结构的疲劳问题并没有像钢结构那样受到重视。混凝土结构按允许应力法设计时，由于采用的允许应力较低，很少发现混凝土结构因疲劳而破坏的事件。而最近好几座大桥混凝土桥墩处均发现了有一定长度的贯通疲劳裂缝(尽管其最大应力远低于混凝土的屈服强度)。由于疲劳破坏是脆性破坏，桥墩的疲劳破坏将会产生无法弥补的巨大经济损失，使得有很大一部分的桥梁道路不能继续使用了。

针对上述的背景，可以了解到桥墩作为支撑上部梁体的重要构件，其工作状态直接影响整个桥梁的安全。若桥墩状态不良，即使梁部结构状态很好，整个桥梁的使用性能也会受到影响。公路桥梁下部结构在使用期间不仅承受通行车辆的动力荷载，还承受着洪水冲刷、车船撞击、地下水对材料的侵蚀，因此容易出现各种各样的病害。本文主要对水下桥墩疲劳性能进行研究，在分析桥墩承受车辆荷载的基础上，进一步考虑桥墩与水流的相互作用，及冲刷对桥墩结构疲劳性能的影响，并提出一定的优化建议。

1.2国内外研究现状

Goto H和Tokil （1965）K研究了动水压力对圆柱体桥墩振动特性的影响，并指出圆柱体的弹性振动对体系的振动特性有比较大的影响，且这种影响不可忽略，如果使用刚性圆柱体的动水压力公式来代替，可能会造成结果的偏差。

陈鸿炽（2005）对“宝瓶"式桥墩受力特性及钢筋合理性布置进行了探讨。结合空间有限元计算程序MIDAS的计算结果，对某大桥的“宝瓶”式桥墩受力特征进行分析，经计算比较，得出在结构上和钢筋布置上需要对原设计进行优化的结论，从而指导设计。提出对于“宝瓶”式桥墩，最大的弯曲拉应力发生在墩顶。剪应力始终在弧线中心区域有集中现象： 尺寸的变化对主拉应力的大小和分布范围的改变影响不大。

杨吉新 ，雷凡 ，李昆（2009）研究了水下桥墩结构的振动。分析实体桥墩与其外部流体的相互作用以及空心桥墩与其内部流体的相互作用，使用ANSYS有限元软件分别计算了这两种情况下的桥墩在半径和高度不同时的自振频率，并分析得出水对桥墩结构振动特性的影响。

王金桥（2012）对双柱式公路桥墩进行了动力试验及其状态评估，指出冲击振动试验法方便、准确，测试速度快，可以利用车辆通行间隙进行试验，不影响线路正常运营。并可通过多次测试有效地消除噪声，利用相位信息对桥梁响应频谱的各个频率成分进行区分，准确地识别出桥梁系统中各构件的自振频率。建立有限元模型用系统识别方法和优化算法识别系统参数并进行状态评估。

韩海骞。熊绍隆（2014）研究了潮流作用下桥墩局部冲刷规律。通过对钱塘江河口及杭州湾的嘉绍大桥、杭州湾大桥和金塘大桥在潮流作用下的桥墩局部冲刷开展水槽试验，研究了桥墩在潮流作用下的冲刷坑形态与冲刷过程。指出1、桥墩冲刷坑深度随流速的增加、桥墩阻水宽度的增加、河床泥沙抗冲能力的减弱以及水深的增大而增大。2、冲淤基本平衡时桩群间由于桩的挤压水流更趋集中，紊动强度有所增强，冲刷最深，桥墩两侧形成2条冲刷槽，上下游头部则形成长条形小丘，共同构成了桥墩的冲刷坑。3、桥墩冲刷坑在同一潮周期内呈现如下演变规律：在涨急过后测点高程出现相对低点，然后由于流速的减小略有回淤，至高平潮后期测点高程相对较高；随着落潮流流速不断加大，测点高程再次出现相对低点，至低平时又略有回淤。

赵冠远，张同越，陈鑫（2014）对低周反复荷载下高速铁路桥墩进行了抗震试验，通过6个缩尺为1：5的高速铁路圆端形桥墩模型的低周反复加载试验，研究剪跨比、配筋率和配箍率等参数对桥墩抗震性能的影响规律。结果表明，在低周反复荷载和轴压荷载的共同作用下，低剪跨比和高剪跨比下高铁桥墩模型的破坏模式分别为弯剪型破坏和弯曲型破坏；随着配筋率、配箍率和剪跨比的提高，桥墩模型的位移延性和累积滞回耗能提高；试验测得剪跨比为2.5时桥墩模型的位移延性系数为4.66～4.93，仅能满足现行铁路工程抗震设计规范的最低要求；配筋率和配箍率对桥墩模型的刚度退化效应和残余位移影响较小。