地震作用下动水压力对深水桥墩的影响

采用Morison方程、Westergarrd方程、流固耦合分析动水压力对桥墩的影响。研究发现:随着水深的增加地震响应会增大;流固耦合理论计算得到的结果小于附加质量法得到的结果;当相对水深较小时,Morison方程计算结果偏于保守,相对水深增大,Westergarrd方程计算结果更加保守,且随着水深增大,响应增大较快;水深对墩底弯矩的影响小于对墩底剪力的影响。     

深水桥墩地震响应研究现状与展望

分析了地震激励下水-深水桥墩动力相互作用, 总结了动水压力作用机理、地震动水压力的计算方法和水-结构动力相互作用分析方法, 研究了深水桥墩地震响应特征和影响因素以及水下振动台试验进展, 并对比了各国规范中动水压力计算方法。研究结果表明: 动水压力降低桥墩自振频率, 增大桥墩地震响应, 其影响在桥梁的抗震设计中不可忽略; 现有研究采用的桥墩形式较为简化和单一, 建议开展更多以桥墩体系、桥梁体系为对象的深水桥梁地震响应研究; 对于地震作用下动水压力计算, 目前各国规范多基于Morison方程, 但对其适用范围尚不明确, 应深入研究Morison方程的适用范围、修正方法与准确便捷的地震动水压力计算方法; 目前水下振动台试验大多集中在动水压力对桥梁下部墩桩地震响应的影响上, 响应大多在弹性范围内, 应进一步研究在大震作用下深水桥墩的非线性响应与破坏模式; 目前针对深水桥墩在地震和波浪联合作用下的动力响应研究较少, 应深入研究在地震、波浪、海流联合作用下深水桥墩与水的相互作用机理; 目前缺乏对全桥结构的地震响应研究, 应开展深水桥梁全桥分析与多子台水下振动台试验。      

波流与地震共同作用下深水桥墩动力响应分析

为了揭示深水环境中波流与地震共同作用下桥梁下部结构与水耦合作用机理,基于非线性Morison方程,建立了波浪、水流和地震联合作用下结构动力学方程,通过有限元离散,计算了某深水桩-承台-桥墩结构体系的动力响应,并分析了不同波流要素对该结构体系动力反应的影响.研究结果表明:波流与地震之间存在相互影响,波流对地震响应的影响范围为-31.6%~63.5%,这种影响不仅改变地震响应幅值本身,而且改变幅值出现的时刻,还将使得波流、地震联合作用下流场激励频率介于纯波流场激励频率和地震激励频率之间,因此有必要进行波流与地震的联合作用分析;当波流作用在承台及以上位置时,桥墩的动力响应显著增大,在实际工程建设中须引起重视,有必要选用承台高出水面的高桩承台.      

基于绕射理论的大尺度桥墩波浪力计算方法

为拓展MacCamy绕射理论在大尺度桥墩波浪力计算方面的适用性,采用数值与解析相结合的方法对大尺度桥墩波浪力的计算模式进行了研究.首先基于数值方法研究了波浪作用下截面尺寸及截面形状对桥墩惯性力系数的影响;然后引入绕射系数对Morison方程进行修正,提出了能够适用于大尺度结构物波浪力计算的修正Morison方程.研究结果表明:相比圆截面桥墩而言,方形截面桥墩的惯性力系数值下降更快,大尺度效应更加明显;通过引入绕射系数修正后的Morison方程用于计算大尺度圆形桥墩波浪力后与数值解更接近;纵向尺寸取0.2倍波长时能较好的计算大尺度方型桥墩波浪力.      

Sensitivity Analysis of Wave Slamming Load with Respect to Wind Load for Semi-Submersible Platform Design

A design of offshore floating structure is mainly based on the extreme response analysis due to the forces experienced. The extreme response can induce the negative air gap response and potential impact to the deck bottom of floating structure. It is important to predict the slamming load in order to check the strength of local structures which withstand the wave slamming. In recent years, studies of the effects of wind load on air gap response and slamming load are ignored. When the platform suffers the extreme wave, the wind is also harsh.Moreover, the wind load can affect the motion response of the platform. The wind load cannot be simulated easily by model test in towing tank whereas it can be simulated accurately in wind tunnel test. Though the model test results are not accurate enough for air gap and slamming load evaluation due to the loss of wind effect, they can be used as a good basis for tuning the radiation damping and viscous drag in numerical simulation. This paper aims at presenting the sensitivity analysis results of wave slamming load with respect to the wind load for the design of semi-submersible platform. As an example of semi-submersible drilling platform design, the wind tunnel test has been carried out, and the sea-keeping model test is also performed in towing tank, while the wind load effect is ignored. According to the model test results, a numerical model is tuned and validated by ANSYS AQWA. Sensitivity analysis studies of the relative velocity between water particle and platform surface and the wave slamming load with respect to the wind load are performed in time domain by the tuned numerical model.Five simulation cases about the presented platform are simulated based on the results of wind tunnel tests and sea-keeping tests. The sensitivity analysis results are valuable for the floating platform design.     

深水桥梁墩水耦合抗震分析方法

为正确采用动水压力计算方法,提出了一种新的深水桥梁墩水耦合计算方法结合法,即将Morison方程与计算流体力学相结合,分析深水桥梁墩水耦合抗震问题.ANSYS-CFX模型计算表明:结合法能较好地进行墩水耦合抗震分析;深水环境使墩顶最大弹性位移减小,最大刚体位移增大,结构整体变形增大;刚体运动附加动水力对桥墩起主要作用,但应同时考虑弹性振动引起的动水压力.      

基于电磁作动器的主动隔振系统研究

对单向电磁作动器和双向电磁作动器进行了研究,建立了基于电磁作动器的单自由度主动隔振系统动态模型,并给出系统的动力学方程。仿真结果表明,在状态反馈的控制策略下,基于双向电磁作动器的主动隔振系统比基于单向电磁作动器或被动隔振系统的隔振效果要好。     

宏基大桥深水高墩大跨连续刚构桥地震响应分析

已有研究表明,深水高桥墩在地震作用下,由于桥墩与水的相对运动,水会对桥墩水下部分产生动水压力．以深水库区主跨为220m,墩高为173m的宏基大桥为例,利用Morison方程所得的圆形墩附加质量公式的矩形修正公式模拟水对桥墩的作用,建立了该桥考虑附加质量影响的变截面三维有限元模型,进行该桥的反应谱和时程反应分析．结果表明由于动水压力的作用,不仅使桥梁结构的自振频率明显降低,而且使梁体和桥墩的位移和内力显著增大．本文研究方法与所得结论可为同类桥梁的抗震设计提供参考．     

半潜式平台在波浪荷载下低频运动响应数值计算

文章通过SESAM软件计算半潜式平台在不同海况下的六个自由度上的运动响应,并得出相应的运动响应曲线,能够为海洋平台运动分析和长短期运动预报提供一定的参考。此方法目前应用于实际平台设计过程中,起到了很好的效果。     

单自由度磁悬浮系统无模型自适应控制的研究

针对单自由度磁悬浮系统的非线性及难以建立精确数学模型的问题，将全格式无模型自适应控制（FFDL-MFAC）方法应用于单自由度磁悬浮系统，首先，采用无模型自适应控制算法、伪梯度估计算法、伪梯度重置算法和单自由度磁悬浮系统的动态化数据模型，设计单自由度磁悬浮系统的控制器；然后，仿真分析MFAC控制参数对单自由度磁悬浮系统控制效果的影响及对阶跃响应信号、干扰信号和噪声信号的响应特性；最后，在磁悬浮球实验装置上进行实验验证. 研究结果表明:全格式无模型自适应控制方法只需采集单自由度磁悬浮系统在工作状态下的I/O数据，无需建立单自由度磁悬浮系统精确数学模型，通过设定全格式无模型自适应控制器参数即可使控制器具备良好的自适应性和鲁棒性，实现高精度稳定悬浮控制；与PID相比，FFDL-MFAC将系统的超调量降低了0.005，稳定悬浮位移的误差均方根减小了0.2607.      

桥梁结构非线性地震响应极值分布的估算方法

为了研究近断层脉冲地震作用下桥梁非线性地震响应极值分布，进行小失效概率下的桥梁动力可靠度精确计算，提出了一种有效的近断层脉冲地震作用下桥梁结构非线性地震响应极值分布分析方法. 首先考虑桥梁结构的非线性和地震动的不确定性，采用拉丁超立方抽样对近断层脉冲地震动随机参数和结构随机参数进行随机抽样，通过模拟的高频地震动均方值和与精确值的相对误差确定出所需要的样本数量；其次以合成的近断层脉冲地震动作为地震激励，通过时程分析对结构非线性动力方程进行求解，从而得到结构非线性地震响应极值样本，再采用改进的分数阶矩最大熵原理获得结构非线性地震响应的极值分布；最后通过非线性单自由度系统和三层非线性剪切框架验证了该方法的有效性. 研究结果表明:该方法不仅能够有效的模拟近断层脉冲地震作用时，桥梁结构与地震动双重不确定性影响下的动力响应极值分布，更能在兼顾效率和计算精度时，精确估计桥梁结构非线性地震响应极值的尾部分布，能够为桥梁结构非线性动力可靠度评估提供一种有效的途径.      

海洋工程船噪声测量分析与控制措施研究

本文通过选取85 m多用途海洋工程船在航行工况下,选取了在主机85%MCR、100%MCR下进行了船舶舱室噪声测量.总结海洋工程船在每种工况下的噪声分布特点、声压级强度、舱室是否超标、船员噪声暴露等级是否符合规范以及找出每种工况下造成舱室超标的具体频率范围及声源种类.最后,通过研究各种主要设备的降噪措施及控制技术的发展趋势,提出海洋工程船噪声控制由被动降噪转变为主动降噪的声学设计理念.     

Wave Forces and Moments on a Gravity Pier Foundation

In order to understand the wave forces and moments on a gravity pier foundation which consists of an upper column and a bottom gravity base,a model experiment with a scale of 1:60 has been conducted in a laboratory flume.A corresponding numerical calculation by using the boundary element method has been carried out to provide a comparative analysis.It is shown by the comparisons that the numerical wave forces and moments agree well with the experimental results.It is proved that the wave forces and moments acting on the foundation are completely in their inertia dominative areas for wave loads.With the diffraction effects considered into the inertia item,appropriate inertia coefficients are assessed by the experimental results for the inertia item of the Morison equation.The formula of the inertia item can be used to estimate wave forces and moments on such gravity foundations.     

海上浮式结构物的模糊运动响应分析初探

为进一步客观反映海上浮式结构在波浪中的运动响应,对其进行不确定性分析特别是模糊运动响应分析是十分必要的。运用模糊统计方法,并结合试验分析了波浪载荷及系泊约束的模糊性,对系泊结构的系统模糊性进行了初步描述,推导了相应的模糊运动方程。研究表明,模糊性因素的存在,按传统的确定性算法难以准确反映结构的真实受力及运动情况,先将波浪载荷等输入模糊化后再求解方程并结合试验数据综合确定系统的受力和运动,这是目前较有效的改进方法。     

桥梁墩柱三维绕流特性精细化研究

为了深入研究桥梁墩柱水流力的特点及产生机理，对典型桥墩模型考虑自由液面影响时的三维绕流展开了精细化研究. 采用ANSYS FLUENT 作为数值模拟工具，研究了整个墩柱阻力和升力特点，并将墩柱模型从柱底到柱顶划分为5个分段，对比了各个分段阻力、升力特点及沿着水深的变化规律，进一步分析了自由液面、底部边界对漩涡结构的影响，阐述了流场三维特性与墩柱水流力之间的关系. 研究结果表明:墩柱水流力沿着水深是非一致分布的，墩柱分为5段（c1～c5），其中c1～c4分段阻力均值与圆柱整体受力的比值分别约为25%、30%、25%、20%，c5分段处于空气中受力贡献近似为0；另外阻力振幅、升力振幅中下部较大，而底部、中上部、液面处较小；漩涡交替脱落导致墩柱左右两侧自由液面交替起伏，自由液面对漩涡产生抑制作用，自由液面处产生多个尺度不同的漩涡，这与液面下仅有两个交替脱落的漩涡是不同的；墩柱中下部漩涡脱落比其余位置有所滞后，导致柱体不同分段处升力有明显的相位差；墩柱升力振幅与阻力均值分别为5.511 N和3.695 N，相差不大，升力引起的桥墩或桥梁的振动不可忽视.      

基于ABAQUS的深海采矿扬矿管纵向振动性能

为了研究复杂阶梯状扬矿管在采矿船升沉运动和海流作用下的纵向振动特性，利用连续弹性杆振动理论，对5 000 m长扬矿管纵向振动性能进行分析. 首先，根据达朗贝尔原理建立扬矿管纵向振动数学模型，采用分离变量法推导管道固有频率方程；然后，进行振型的质量归一化处理；最后，利用ABAQUS软件建立扬矿管有限元模型，对管道的纵向动态响应进行研究. 研究结果表明:扬矿管的一阶纵向共振频率处于矿区海浪能量集中的频带内，随着中间矿仓质量的增加扬矿管固有频率减小，中间矿仓质量对高阶固有频率的影响更加明显；随着海浪频率的增加，纵向振幅、轴向力和轴向应力先增大后减小，并在一阶固有频率时达到峰值，其峰值分别发生在扬矿管5 000、0、1 000 m处；随着采矿船升沉幅值的增加，扬矿管的动态响应逐渐增大，当升沉幅值大于1.5 m时，扬矿管动态响应的增长速度变缓；扬矿管发生一阶纵向共振时，振动位移和轴向力先增大后作等幅稳态振荡；随着海水深度的增加，沿管长方向的振动幅值逐渐增大，振动平衡位置发生下移，振动响应时间发生延迟，同时轴向力和轴向应力逐渐减小，且轴向应力在每两级阶梯管间急剧变大.      

折板理论在箱梁动力分析中的应用

本文应用折板理论对箱梁的固有振动进行了探讨，推导出箱梁自由振动运动方程及确定箱梁固有频率的特征方程，经算例验证，结果表明，折板法计算简便，结果可靠，有相当高的精度。     

都市快轨列车圆形与矩形隧道运行气动特性数值分析

基于连续性方程Reynolds时均Navier-Stokes方程以及RNG k-ε湍动能模型方程对都市快轨列车隧道运行的空气动力流场进行数值计算.研究在以160 km/h隧道运行速度分别通过圆形和矩形隧道的工况下,从列车进入隧道直至整车完全驶出隧道的空气阻力以及车体表面压力变化情况,并对圆形及矩形隧道流场特性进行对比.计算结果表明:列车在矩形隧道和圆形隧道运行过程中的最大阻力分别达到15 458.5 N和13 829.3 N,最大表面压力分别达到4252.3 Pa和3 815.8 Pa.在两种隧道中运行的列车阻力变化规律及列车表面压力变化规律相同,矩形隧道运行时列车的最大阻力与圆形隧道相比增加了14.3％,表面最大压力增加了l3.8％.     

A simplified calculation method for non-stationary random seismic response of jacket platform

Jacket platform was simulated by non-uniform cantilever beam subjected to axial loading. Based on the Hamilton theory, the equation of bending motion was developed and solved by the classical Ritz method combined with the pseudo-excitation method (PEM) for non-stationary random response with non-classical damping. Usually, random response of this continuous structure is obtained by orthogonality of modes and some normal modes of the structure are needed, causing inconvenience in the analysis of the non-uniform beam whose normal modes are not easy to be obtained. However, if the PEM is extended to calculate random respouse by combining it with the classical Ritz method, the responses of non-uniform beam, such as auto-power spectral density (PSD) function, croes-PSD and higher spectral moments can be solved directly avoiding the calculation of normal modes. The numerical results show that the present method is effective and useful in aseismic design of platforms.     

浅海地震波传播的简正波模型

应用简正波理论，阐述了一般分层浅海的声场传播问题，并计算了在弹性切变海底条件下的声传播问题，分析了在浅海海底表面传播的地震波传播效应．对声场的理论计算表明，该方法较为准确地预报了浅海声传播的传播损失．