基于循环波浪荷载下的码头结构损伤过程*

深水码头多处在自然条件复杂的外海,在海洋波浪循环荷载作用下,许多码头在未达到设计使用年限时便已产生严重损伤而无法使用。针对海洋波浪循环荷载作用下码头整体结构的特殊损伤情况,根据工程实际,采用ANSYS软件建立了高桩码头的地基-桩-上部结构整体有限元模型。采用损伤本构关系,建立海洋土软化系数经验公式,模拟分析了不同运行年限后码头损伤破坏规律。研究结果显示:裂纹最早从面板开始,并且裂纹逐渐向横梁底部发展;但由于地基土的软化与混凝土的软化不同步,10 a后增加的裂纹先从横梁的底部开始。因此设计时应考虑循环波浪荷载对码头桩基-上部结构的整体影响,根据实际桩基与上部结构的协同作用机理采用相应的措施,使设计更加科学可靠。     

直立墙上不规则波波浪力试验和统计分析

为确定波谷作用下波浪荷载的概率分布和统计参数,进行了不规则波浪对直立墙作用的室内试验,并对测得的波浪力进行统计分析;通过长期波浪最大荷载与短期波浪荷载的统计关系,得到50 a设计基准期内波浪荷载的概率分布和统计参数。研究结果表明,波谷作用下短期波浪荷载服从Weibull分布,50 a设计基准期内最大波浪荷载服从极值I型分布。     

轻型码头结构疲劳可靠性分析*

采用随机波浪谱和Miner线性疲劳累积损伤原理对轻型码头结构在波浪荷载和船舶撞击荷载共同作用下的疲劳可靠性进行研究。根据轻型码头结构变形大的特点,计算船舶撞击力时考虑了结构刚度对撞击力的影响,波浪荷载使用Morison方程计算,并以Airy波浪理论计算水质点速度。结果表明:波浪荷载和船舶撞击力对轻型码头结构的疲劳寿命均产生一定的影响,在进行疲劳可靠性分析时应考虑两种荷载的共同作用。     

有波浪力重力式码头稳定性可靠指标的简化计算

研究了有波浪力情况下重力式码头的抗滑、抗倾稳定性抗力和荷载效应的统计特征,提出了抗滑、抗倾稳定性可靠指标的简化计算公式,根据10个方块码头和46个沉箱码头的JC法可靠指标计算结果确定了简化计算公式和简化设计公式的参数。研究表明,波浪力占总荷载效应的比例对可靠指标的计算结果影响很大;对于同种类型的重力式码头,在相同的墙后填料情况下,抗滑、抗倾稳定性计算中抗力和荷载效应的均值系数和变异系数可视为常数;采用简化公式计算的重力式码头抗滑、抗倾稳定性可靠指标与JC法的计算结果非常接近。     

考虑荷载作用下抗力时变特性的沿海钢筋混凝土结构可靠度分析

针对海洋环境下钢筋混凝土结构破坏影响因素复杂的特点,建立了荷载作用下的氯离子侵蚀模型和钢筋锈蚀率模型;将钢筋混凝土构件的抗力和作用荷载均视为随机过程,并离散为设计基准期内服从某种分布的随机变量,通过改进的一次二阶矩法计算结构的可靠度指标,建立了荷载作用下考虑构件抗力时变特性的海洋环境下钢筋混凝土结构可靠度分析方法。通过高桩码头的算例说明了该方法的可行性,研究了荷载作用对结构耐久性和承载力寿命的影响。     

中化泉州30万吨级岛式原油码头设计要点

为了总结和推广超大型外海孤岛式码头的设计建造经验,以中化泉州30万吨级岛式码头设计为例,提出了该项目需解决的几个关键技术问题,如:工作船泊位和大型油船作业标准的协调问题,波浪、地质变化大的45万t码头水工建筑物结构设计问题,海底管道固定问题及消防取水安全保障问题。通过分析波浪地质条件、优化码头平面布置、计算荷载及创新结构构造,有效解决了上述问题。     

游艇码头结构荷载设计

针对中国的游艇码头规范中关于结构荷载设计的规定不很详尽的问题,结合国内外游艇码头设计规范,对游艇码头的风荷载、波浪荷载、水流力、系揽力以及撞击速度进行研究。通过研究可知,中国规范中对风荷载、波浪荷载以及水流力的计算较为合理;而对于船舶系缆力的计算方法略欠妥,建议参考美国或者澳大利亚规范进行设计计算;对于撞击工况的计算,建议参考澳大利亚规范中的撞击速度进行设计计算。     

多元荷载作用下软基深水高桩码头结构承载特性研究*

软基深水高桩码头结构受到恶劣外海环境荷载及复杂工作荷载等多元荷载的共同作用。研究表明,船舶撞击荷载是该结构水平向控制荷载,但波浪长期循环荷载作用会引起桩周土体软化,进而导致码头结构在其它荷载作用下承载特性的劣化。鉴于此,首先基于ABAQUS有限元软件建立了深水高桩码头结构-地基土体相互作用的三维弹塑性有限元模型;然后,借助USDFLD子程序实现了同时考虑土体强度弱化和刚度衰减的模拟,进而开展了未考虑土体软化、仅考虑土体强度弱化、仅考虑土体刚度衰减以及同时考虑土体强度弱化和刚度衰减对码头结构承载特性影响的对比分析。研究结果表明,与未考虑土体软化时撞击荷载作用下码头结构安全系数相比,仅考虑土体强度弱化时其值降低14.72%,仅考虑土体刚度衰减时其值降低15.28%,同时考虑土体强度弱化和刚度衰减时其值降低19.44%,且考虑土体软化后桩周土体的塑性应变范围明显增大,极限状态时桩身应力值减小,结构稳定性显著降低。     

波浪主控荷载下桩基箱梁式引桥设计

为满足宁波梅山港区滚装码头90%船舶全天侯作业要求,码头引桥面较低。由于工程区波浪较大,所以引桥设计的主控荷载由车辆荷载变为波浪荷载。为使引桥抵抗波浪的上托、下砸和侧推作用,设计采用双向受力预应力箱梁、横向刚度前弱后强的桩基排架和波浪荷载传力装置,实现了在低高程和大波浪条件下的桩基箱梁式引桥设计,各项指标均满足规范要求。总结其设计方法及经验。     

基于可作业时间分析的防波堤优化设计

防波堤是码头掩护的重要屏障,其较高的投资往往成为工程可研阶段方案决策的关键因素。针对粤东某码头的防波堤优化,在收集附近外海波浪实测资料的基础上,结合波浪数值模拟成果,建立外海测波点与码头前沿的波要素转换关系,得到不同方案所对应的可作业时间,为防波堤建设方案的决策提供可靠的数据支撑。结果表明,同方向的外海入射波浪具有基本一致的波浪转换系数,利用该特性能够简化可作业时间的统计工作,提高方案比选效率。     

集装箱船等效设计波法中疲劳载荷概率系数的确定

为了在应用等效设计波方法时将船体梁载荷规范包络值、运动包络值、加速度包络值转换为疲劳评估载荷,需得到疲劳载荷概率系数这一重要参数。采用基于三维势流理论的水动力计算软件,分析多型集装箱船不同航速及超越概率的载荷长期预报值,得到用于疲劳评估的疲劳载荷概率系数的直接计算值。对直接计算值进行回归分析,拟合出各载荷的概率系数简化公式。结果表明,简化公式比较理想。     

Contribution of supposed wave condition on the long-term distribution of a wave-induced load

This report is concerned with the statistical analysis of the long-term distribution of a wave-induced load, and examines which factors influence the long-term distribution of the load level, e.g., the significant wave height, the mean wave period of the supposed wave condition, and the relative angle between the ship's course and the wave direction. The long-term distribution is broken down into these factors, and a contribution rate analysis method for each factor in each load level in the long-term distribution is introduced. Based on the method used, the contribution rate of a specific mean wave period and a wave angle encountered is clarified, when the long-term distribution is larger than other wave periods and wave angles. The specific mean wave period and wave angle encountered are defined as the wave condition which governs the long-term distribution. The maximum wave-induced load in the vicinity of a probability of exceedance of around 10⁻⁸ in the long-term distribution is decided by the most severe short-term wave condition which has the largest significant wave height with a specific mean wave period. Based on S–N curves and Miner's rule, the relation between the fatigue damage and the supposed wave condition is examined. The contribution rate analysis method for fatigue damage is introduced. The governing wave condition and the most severe short-term wave condition also have an important effect on the fatigue damage. A simple estimation method for the long-term distribution, described by the Weibull distribution from the statistical properties of the most severe short-term wave condition, is introduced. Several examples show the applicability of the estimation method. Received: November 22, 2001 / Accepted: January 9, 2002     

斜坡堤越浪流厚度及堤后次生波的试验研究*

通过断面物理模型试验,对于斜坡堤的平均越浪量、堤上越浪流厚度以及堤后次生波的波高、周期的变化情况等进行了较系统的研究,初步建立了堤上越浪流的厚度、堤后次生波的波浪透射系数、周期变化系数与无因次平均越浪量的关系.该成果可为工程实际及斜坡堤堤项越浪情况数学模型的参数调整提供依据.     

波浪作用下船舶撞击力计算参数的选择

系泊船舶在波浪作用下的撞击力往往是大型开敞式码头设计的控制荷载。由于规范公式中船舶附加水体质量系数Cm和波高取值偏小导致计算值与物理模型试验值相差甚大。建议Cm取值为1．7～2．0，波高取为H1%。     

Nonlinear random motion analysis of coupled heave-pitch motions of a spar platform considering 1st-order and 2nd-order wave loads

In this study, we consider first- and second-order random wave loads and the effects of time-varying displacement volume and transient wave elevation to establish motion equations of the Spar platform’s coupled heave-pitch. We generated random wave loads based on frequency-domain wave load transfer functions and the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) wave spectrum, designed program codes to solve the motion equations, and then simulated the coupled heave-pitch motion responses of the platform in the time domain. We then calculated and compared the motion responses in different sea conditions and separately investigated the effects of second-order random wave loads and transient wave elevation. The results show that the coupled heave-pitch motion responses of the platform are primarily dominated by wave height and the characteristic wave period, the latter of which has a greater impact. Second-order mean wave loads mainly affect the average heave value. The platform’s pitch increases after the second-order low frequency wave loads are taken into account. The platform’s heave is underestimated if the transient wave elevation term in the motion equations is neglected.     

考虑一阶和二阶力spar平台垂荡-纵摇非线性耦合运动时域分析（英文）

In this study, the coupled heave-pitch motion equations of a spar platform were established by considering 1st-order and 2nd-order random wave loads and the effects of time-varying displacement volume and transient wave elevation. We generated random wave loads based on frequency-domain wave load transfer functions and the Joint North Sea Wave Project(JONSWAP) wave spectrum, designed program codes to solve the motion equations, and then simulated the coupled heave-pitch motion responses of the platform in the time domain. We then calculated and compared the motion responses in different sea conditions and separately investigated the effects of 2nd-order random wave loads and transient wave elevation. The results show that the coupled heave-pitch motion responses of the platform are primarily dominated by wave height and the characteristic wave period, the latter of which has a greater impact. 2nd-order mean wave loads mainly affect the average heave value. The platform's pitch increases after the 2nd-order low frequency wave loads are taken into account. The platform's heave is underestimated if the transient wave elevation term in the motion equations is neglected.     

基于SESAM软件的自升式平台波浪载荷计算分析

基于SESAM软件计算自升式平台的波浪载荷。针对站桩状态的波浪载荷计算，需要选取环境参数、波浪理论和水动力系数；针对航行状态的波浪载荷计算，需要建立湿表面模型与质量模型、设置参数和预报波浪载荷。计算方法对其他类似结构的设计具有一定的指导意义。     

不规则波作用下带基床直立堤平均越浪量试验研究

针对不规则波作用下带基床直立堤的平均越浪量问题,采用物理模型试验的方法,对堤顶超高、波高、周期以及基床等因素对越浪量的影响进行了研究。结果表明:堤顶超高和周期是直立堤平均越浪量的重要影响因素。当基床相对宽度B_t/H_s=1～4. 7时,基床宽度对平均越浪量的影响有限。同时,平均越浪量随着基床影响系数h~*的增大先增大后迅速减小,在h~*=15附近出现峰值,而在h~*=30之后基本不变。根据试验结果,提出了直立堤平均越浪量计算方法,为实际工程设计提供参考。     

典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性

[目的]为研究典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性,将舱内爆炸载荷分为初始爆炸冲击波载荷和准静态气压载荷,利用有限元分析软件LS-DYNA开展爆炸载荷下固支单向加筋板毁伤特性的数值模拟.[方法]主要模拟载荷冲量相等和载荷峰值相等时固支单向加筋板的变形特性,以及加筋板分别在初始爆炸冲击波载荷、准静态气压载荷及2种载荷联合作...     

基于海况参数分析的船体梁载荷预报方法研究

利用三维势流理论在频域内计算载荷频率响应函数,在此基础上对船舶波浪载荷长短期预报方法进行了研究,分析了现有的长期预报方法,并提出只针对特定的一部分短期海况进行分析,以确定船舶在营运寿命期内航行于实际海况中的波浪载荷特征最大值。同时提出了一种基于多项式拟合的波浪载荷预报方法,建立了短期响应的最可能极值关于海浪有义波高与海浪平均向上跨零周期的函数,可以方便地确定响应的特征值。结果表明,提出的方法能够有效进行波浪载荷的预报,可供有关专业人员参考。