正向规则波作用下悬浮隧道时域全局动力分析

应用Morison方程和有限元法，将悬浮隧道管体假定为与岸坡固定的Euler-Bernoulli梁结构，通过将锚索与悬浮隧道管体、海底平面铰接，实现了锚索、悬浮隧道管体以及岸坡三者之间的动力学耦合，将线性波浪理论应用于Morison方程计算波浪荷载，在时域内采用Newmark-β隐式时间积分法迭代求解悬浮隧道的运动控制方程，进而构建了水下悬浮隧道的三维动力学耦合数值模型。研究结果表明：在长周期波主导的海域，适当增大水平方向的系泊刚度，将有利于控制悬浮隧道整体的位移幅值；隧道近岸处的锚索由于边界条件的影响，在波浪条件下将承受更大的张力，工程中应适当增加或加粗近岸端部锚索，排除安全隐患；悬浮隧道的锚索布置间距宜固定在250～300 m的范围内。     

带阻尼板结构的圆筒型平台波浪载荷预报分析

运用三维势流理论和Morison公式相结合的数值计算方法分析筒型平台的运动响应和波浪载荷特点,采用Morison公式计算平台舭部阻尼板结构的波浪力;对于大尺度结构,波浪载荷采用线性绕射理论进行计算,分析表明,该圆筒型海洋平台的波浪力和运动响应计算结果可直接用于结构设计.     

波浪作用下桩基承台结构的波浪力计算

针对一桩基承台结构,分别采用理论方法和数值模拟方法计算其在波浪作用下的结构受力,并开展物理模型试验进行对比验证。理论方法分别采用Morison公式计算下部桩基结构受力,绕射理论计算上部承台结构受力;数值模型基于Fluent求解Navier-Stokes方程,通过UDF修改源项来实现造波,建立数值水槽。计算结果表明:因没有考虑上部和下部结构间的相互影响,理论方法计算的结构受力比试验结果稍偏小;而数值模型在计算桩基、承台和整体受力时都取得了很好的计算结果,特别是有波浪在承台上越浪时,也能取得很好的结果。建议在桩基承台结构波浪力计算时使用该方法。     

中、英、美规范计算小尺寸桩(柱)波浪荷载的对比

为了研究中、英、美规范关于小尺寸桩(柱)的波浪荷载计算方法的异同点,针对港口工程中桩基结构的特点和实际项目中的波浪条件,通过不同的案例,对影响计算结果的各因素进行敏感性分析。结果表明,中、英、美规范中,计算小尺寸桩(柱)波浪荷载的基本原理相同,均采用Morison方程; 3种规范计算结果的变化规律基本一致;波浪计算理论、惯性力系数CM的取值、海洋生物影响及群桩效应考虑与否,是导致计算结果存在差异的主要原因。     

考虑流固耦合影响的桩基波浪力简化计算方法

离岸深水全直桩码头,由于其桩基的自由高度大、柔度增加、自振周期长,且位于无掩护开敞海域,波浪与结构相互作用问题突出。如何考虑流固耦合作用对桩上波浪力的影响,并建立便于工程应用的计算方法,是工程实践提出的亟待解决的课题。文中利用有限元软件ADINA建立了水体和桩基结构相互作用的三维有限元数值模型,并采用有限元数值模型对考虑流固耦合影响的改进Morison波浪力计算公式进行了验证。采用改进Morison波浪力计算公式研究了流固耦合对桩身波浪力的影响,并给出了考虑流固耦合影响的波浪力放大系数图表。在此基础上,提出了考虑流固耦合影响的波浪力简化计算方法。     

不规则波对平板缓变作用数值模拟研究（英文）

本文采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立了二维不规则波数值波浪水槽,对透空平板结构底面受到的波浪缓变压力作用进行了研究。数学模型采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面。首先对几组典型工况进行了模拟,复演了波浪冲击透空平板结构的过程,采用低通滤波器方法提取上托力信号的缓变部分,通过数值模拟和试验结果的比较,验证了模型的有效性。然后通过计算和分析,得到了波浪冲击过程中缓变压强的变化特性,不同有效波高、超高、平均周期下缓变压强的分布规律,波陡、超高和板宽各因素对缓变压强的影响。最后给出了计算缓变压强分布宽度的公式,认为分布宽度与波浪作用在板上的宽度x、相对超高和相对板宽等因素相关。另外,根据模拟结果,文中提出了缓变压强的拟合公式,与河海大学原经验公式进行了比较,认为原公式计算结果偏小,并不完全适用,新公式更加合理可行。研究结果有利于更准确地预报波浪的缓变压强荷载,深入认识波浪作用机理。     

规则波对平板缓变压力作用数值模拟研究*

采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立了二维规则波数值波浪水槽,对透空平板结构底面受到的波浪缓变压力作用进行研究。数学模型采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面。首先对3组典型工况进行了模拟,采用低通滤波器方法提取上托力信号的缓变部分,通过数值模拟和试验结果的比较,验证了模型的有效性。然后讨论了波陡、超高和板宽等因素对面板底部所受的最大缓变压强的影响,给出了便于工程应用的计算波浪上托力缓变压强的经验公式,以供工程设计参考。     

不规则波对透空有梁面板底部缓变作用的数值模拟

采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立二维不规则波浪模型,对透空有梁面板结构底面受到的波浪缓变压力作用进行研究。通过模拟典型工况,采用低通滤波器方法提取上托力信号的缓变部分,将数值模拟结果和试验结果进行比较,验证模型的有效性。讨论波陡、超高和板宽各因素对缓变压力的影响,进而在模拟数据和已有成果基础上提出板底最大缓变压力的经验公式,为类似工程提供参考。     

应用VOF方法分析波浪与透空式码头的作用

应用VOF(Volume of Fluid Method)的二维数值波浪水槽模型,计算了某工程透空式高桩码头的透浪系数,并与实验结果及Wiegel,Kriebel公式计算结果进行了比较,为减小造波边界的二次反射影响,在数值波浪水槽左端设置了可吸收式造波机数值边界条件,数模得到的透空码头的透浪系数与实验结果吻合较好,与Wiegel、Kriebel等学者的理论公式计算结果一致.     

二阶波浪漂移力的回归分析

二阶波浪载荷的预报对动力定位能力评估具有重要意义。对二阶波浪载荷的预报,通常可采用模型试验和数值模拟的方法。模型试验费用昂贵,数值模拟时面元划分的合理性对计算结果的影响很大,且模型试验和数值模拟周期都相对较长。采用压力直接积分法进行系列船型的二阶波浪漂移力计算,在此基础上,采用模长界限控制的正交化方法的多元多项式回归分析,给出二阶波浪漂移力的回归公式,并进行了验证分析。验证分析表明回归公式置信区间为0.95。     

国内外斜坡堤挡浪墙水平波浪力计算研究

本文通过研究国内外5种斜坡堤挡浪墙水平波浪力计算公式,从波浪要素、墙底高程、肩宽大小、掩护情况、斜坡堤坡度和适用范围6个方面进行对比分析,并辅以设置不同工况进行实例对比计算。结果表明国标公式因采用波浪参数较小使得波浪力计算结果偏小,且其采用固定折减系数考虑墙前掩护结构影响,对挡浪墙结构设计指导性不足;BS6349-7公式和Jensen&Bradbury公式简单,其计算结果的经验性较强;改进的Pedersen公式和Martin公式参数考虑因素较为全面,且Martin公式适用范围较广。本文研究对斜坡堤挡浪墙设计有理论指导意义。     

波浪对有梁面板结构冲击作用数值模拟

采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立了二维规则波数值波浪水槽,对透空有梁面板结构底面受到的波浪冲击作用进行研究。数学模型采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面。通过对不同工况的数值模拟和试验结果比较,验证了模型的造消波性能和应用的有效性。通过计算,得到了波浪冲击过程中波陡、超高和板宽各因素对冲击压强的影响。最后在已有冲击压强计算公式基础上提出了修正公式,以更准确地预报波浪的冲击荷载,深入认识波浪冲击机理。     

中长周期波下防波堤导航灯基础波浪力计算方法

作为防波堤导航灯的基础,其所处位置一般为整个码头工程中波浪条件最为恶劣的区域,而导航灯基础又兼具防浪墙及独立墩柱的双重特性,因此其波浪力的计算较为复杂。基于实际工程项目,通过中外不同规范、手册对防波堤导航灯基础波浪力计算方法进行对比分析,并结合物模试验结果,提出在中长周期波作用下,为保证导航灯基础的稳定并留有一定富余,建议其波浪力采用Morison公式进行计算,同时需采用Martin公式对波浪力计算结果进行复核。分析成果可为类似项目及国内规范修订提供参考。     

随机波流作用下不同截面形式悬浮隧道的动力响应

悬浮隧道是一种用以跨越长深水域的新型交通结构物,其动力响应是评价其安全性的关键性指标。不同截面形式悬浮隧道具有不同的水动力特性,为研究不同截面形式的悬浮隧道在海洋真实随机波浪及均匀流荷载环境下的动力响应,基于势流理论建立悬浮隧道有限元模型。为了验证计算理论的准确性,将数值模拟结果与试验结果进行对比。结果表明,该计算理论具有较高的准确性,可用于进一步的悬浮隧道动力响应分析。对不同截面类型悬浮隧道在不同工况下动力响应进行分析,结果表明：椭圆形截面悬浮隧道对波流的敏感性最高,安全性最差;矩形截面与八边形截面在大多数情况下的动力响应较为接近,但八边形对于有义波高的敏感性更高一些。研究结果可为悬浮隧道建设提供有效的建议。     

单点悬挂式结构物水动力性能和结构强度分析

以某单点悬挂式海洋结构物为例,采用数值方法对其水动力性能和结构强度进行分析。建立结构物水动力模型和结构有限元模型,创建附加刚度矩阵模拟悬挂点的约束作用,采用三维频域势流理论和Morison理论计算结构物的水动力性能和波浪载荷。考虑结构物自身重力、浮力、波浪力、惯性力和悬挂点约束力等载荷的作用,采用有限元法分析其结构强度,为悬挂式结构物的设计和计算校核提供参考。     

大尺度浮式结构物波浪荷载计算方法研究

本文依托某桥梁大型沉井,基于三维势流理论,运用流体动力学软件对大尺度浮式结构物波浪荷载进行了计算和分析。将数值模拟的计算结果与规范公式中采用趸船和直墙式建筑物方法计算结果进行比较分析,得出在沉井下沉过程中应采用的工程计算方法,为大型浮式结构物波浪荷载提供理论依据。     

考虑粘滞阻尼的Truss Spar频域响应分析

联合势流理论与修改的Morison方程,建立波浪作用下的Truss Spar平台运动响应计算模型。波浪激振力与相关水动力信息采用高阶边界元计算方法获得。通过数值模拟得到Truss Spar平台纵荡、垂荡和纵摇RAO,针对Morison阻力系数对响应的影响进行参数分析。计算结果显示,纵荡和纵摇仅在低频部分对阻力系数敏感。因此平台在遭受二阶波浪慢漂力作用时,粘滞阻尼将起到重要作用。对于垂荡方向,由于Truss Spar安装的垂荡板提供了较大的竖向粘滞阻尼,因此垂荡RAO受阻力系数的影响较大。     

关于海塘波要素计算相关问题的探讨

本文主要就海塘工程波要素计算方法进行探讨,其中设计波要素的深水波要素均采用风推浪的计算方法,按莆田公式计算确定。浅水变形采用数模计算和经验公式推求,并考虑海塘前保滩顺坝对波浪的消减作用;结合周边已建工程的设计波要素,并比较数值模拟与经验公式的推求结果,分析本工程堤前波要素计算方法的合理性。     

盾构施工对地表沉降影响的预估

以杭州地铁1号线过江隧道为背景,采用经验公式法和有限元数值模拟方法研究分析盾构隧道施工引起的钱塘江北岸标准海塘地表沉降规律,比较两种方法的计算结果,验证了有限元数值模型的合理性,为隧道工程的顺利实施提供参考依据。     

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。