U型过江管道沉放施工过程动力响应分析

U型管道沉放施工过程涉及多体耦合、结构形状不规则、吊缆下放协调难等问题。为了保证施工安全和精度,基于水动力分析软件OrcaFlex,建立了U型过江管道沉放系统沉放过程中的数值分析模型,研究了典型工况下吊缆和锚索的张力、管道的动力响应和沿其长度方向的应力分布、钢浮筒的动力响应,并对吊缆张力进行了关键参数敏感性讨论。结果表明：沉放过程是安全可靠的,但是操作不当极易造成吊缆张力过大;实际工程中建议采用先管道两边后中间的气囊消气方式,气囊消气时间和吊缆下放速度需相互协调,中间吊缆的下放速度或初始下放时刻稍慢于两边;同时有必要对各吊缆张力和管体的运动姿态进行实时监测。研究可为实际沉放施工和其它类似工程提供参考依据。     

波流共同作用下单体网格式锚碇网箱水动力特性研究

运用刚体运动学原理和集中质量方法,建立了计算重力式网箱浮架、网衣和锚碇系统受力和运动的数学模型.利用此数学模型获得了波流作用下网箱在网格式锚碇情况下锚碇锚绳受力、浮架运动的计算结果.在此基础上,计算并分析比较了不同设计流速与波况组合作用情况下,单体网箱各类锚绳(锚碇锚绳,连接锚绳和网格锚绳)受力、浮架运动及网衣变形情况.讨论结果表明,在相同工况下,各类锚绳中锚碇锚绳受力最大,连接锚绳受力次之,网格锚绳受力最小.锚碇锚绳、连接锚绳受力随波高、周期、流速的增加有不同程度的增加;网格锚绳受力随波高的增加有一定程度的增加,随流速的增加有较小幅度的减少,与周期变化关系不明显.浮架水平方向运动幅度随波高、周期及流速的增加而有不同幅度的增加;浮架竖直方向运动幅度随波高、周期的增加有不同程度的增加,随流速的增加有较小程度的减小.各种波流工况作用下,浮架倾角随流速的增加有一定程度的减少,随波高的增加有较小程度的增加,与周期变化关系不明显.网衣体积损失率随流速、波高及周期的增加有较小程度的增加.     

深水吊耳筏式养殖系统波浪水动力特性研究

该文利用数值模拟和模型试验的方法,研究了深水延绳式筏式吊耳养殖系统在波浪作用下的受力及运动特性,并探讨了波高和波浪周期对筏式系统的水动力特性影响。结果表明,波高主要影响筏式吊耳养殖系统的最大受力幅值,而周期主要影响系统的受力分布特性。筏式吊耳养殖系统的各部分最大受力均随波高的增大而增大。梗绳各节点的竖向运动幅值均随波高和周期的增大而增大;梗绳两端节点受锚绳约束,运动轨迹呈现扁平化特征;中间节点运动轨迹随周期增大而呈扁平化趋势,周期越大,水平运动幅值越小。上浮球系绳的最大受力主要出现在背波面,但可能会随着波浪周期和系统结构的变化而改变。深水延绳式筏式吊耳养殖系统属于典型的柔性多自由度海上结构物,该文研究结果可为深水延绳式吊耳筏式养殖系统结构设计和安全性能评估提供参考。     

沉管隧道的动力响应分析

为了研究沉管隧道的动力响应规律,基于波动理论,并结合有限元分析软件ADINA,建立了海床-沉管隧道二维简化模型,进而分析了隧道刚度、地震波峰值加速度对沉管隧道地震响应的影响。分析结果表明:隧道结构刚度的增大,柔性降低,隧道结构的弯矩和剪力有较大增长,轴力幅值降低,隧道顶底板相对位移逐渐减小。另外随着地震波加速度峰值的增大,隧道结构的内力幅值、隧道顶板和底板的相对位移峰值均增大,且中间墙的变形稍大于侧墙。     

波浪周期对系泊船舶运动影响试验研究

系泊船舶泊稳是港口设计和营运过程中的重要问题,系泊船舶泊稳标准从实质上讲就是限制系泊船舶的运动量。较长周期波浪作用下的系泊船舶泊稳问题愈来愈受到各方的关注,选取了一艘10万吨级散货船进行横向不规则波作用下的系泊模型试验,在同一波高下变化入射波浪周期,通过系列试验,分析波浪周期对系泊船舶横移、横摇和升沉运动的影响。研究结果表明,系泊船舶横移运动量总体上均随着波浪周期的增大而增大,横移运动对波浪周期的响应敏感程度是变化的;系泊船舶横摇和升沉运动量均随着波浪谱峰周期的增大先增大然后减小,当波谱谱峰周期与相应的船舶固有周期接近时,横摇和升沉运动量均出现了一次峰值。     

不同波浪和装载条件下系泊船舶横摇运动试验研究

横摇是系泊船舶运动的主要形式之一,波浪和船舶装载条件是重要的影响因素。该文选取一艘10万吨级散货船进行系泊模型试验,在同一装载度下变化波浪和配载条件(入射波浪周期和船舶横摇固有周期),通过系列试验,分析了波浪周期和船舶横摇固有周期对系泊船舶横摇运动幅值和横摇运动周期的影响。研究结果表明,对于不同的船舶横摇固有周期,当波浪谱峰周期与横摇固有周期接近时,系泊船舶横摇运动均出现了一次峰值,并且横摇固有周期越小,波浪周期变化过程中的系泊船舶横摇峰值越大。系泊船舶横摇运动周期既和横摇固有周期有关,又和波浪周期有关,系泊船舶横摇运动相对周期(横摇运动周期/波浪谱峰周期)随着波浪相对周期(波浪谱峰周期/横摇固有周期)的增大而减小,并随波浪相对周期的增大而变化趋缓。     

大型预制沉箱外海拖航稳性与耐波性分析

大型预制沉箱在复杂海况条件下的拖航安全是其在外海运输过程中需要关注的重点问题。该文利用AQWA构建了拖轮-缆绳-沉箱系统拖带动力学数值模型，并对风浪流作用下，大型沉箱的稳性和耐波性进行了模拟分析。结果表明：沉箱压载后可很好地满足浮游稳定性和大倾角稳性要求；沉箱运动响应受波向影响显著，顺浪与迎浪下纵摇运动剧烈，横向浪下，横摇与垂荡运动剧烈；缆力均值主要取决于流的作用，几乎与波浪无关；随着波高与波周期的增加，沉箱运动幅值和缆力最大值总体上也随之增大。综合考虑运动稳定和目前国内市场上拖轮的性能，建议大型沉箱外海拖航海况限制为四级，浪向角取135°，该值与施工单位的拖航经验值较为接近。该研究结果可为大型沉箱外海拖航方案的确定和作业窗口期的选择提供参考。     

极限海况下三种漂浮式风力机平台的动态响应对比

平台结构的稳定性是漂浮式海上风力机安全运行的基础保障。为对比几种漂浮式风力机平台结构的稳定性,分别建立基于张力腿式、桅杆式、驳船浮式平台的漂浮式风力机模型,采用有限元方法并结合多体动力学方法,研究了3种平台结构在风、浪、流载荷作用下的时域和频域动态响应,得到了各波浪力随波浪频率的变化趋势及其对比情况。结果表明:运动幅值和平台所受波浪力均在低频波浪作用下出现较大响应;极限海况下,驳船式平台动态响应较之Spar和张力腿更为剧烈。     

水平圆柱形点吸式波浪能发电装置运动响应数值模拟

研究点吸式波浪能装置的水动力学特性是研究波浪能装置的重点。该文应用基于开源CFD软件OpenFOAM自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,研究水平圆柱形点吸式波浪能发电装置的运动响应和能量吸收特性。对无阻尼浮子在波浪中的响应进行模拟,并与实验结果进行对比,验证了数值方法的可行性。对单圆柱和双圆柱在波浪中的位移响应和能量吸收功率进行了计算和分析。结果显示:在一定周期范围内,有阻尼单圆柱运动幅值随波浪周期的增加而增加,能量转换效率随周期的增加而降低;双圆柱运动和能量响应呈现一定的周期性特点,通过合理布置可以有效提高系统整体能量吸收效率。     

风浪作用下的库岸动力响应试验

利用波浪水槽试验,对风浪作用下库岸的表面波压力和介质孔隙水压力响应进行了研究。试验中观测了在不同波高、周期、水深、坡比和介质等条件下的库岸动力响应。试验结果分析表明：糙率和渗透系数对表面波压力影响较大,介质孔隙水压力与波陡、沿程相对位置、渗透系数密切相关,孔隙水压力响应随着深度增加存在幅值衰减和相位滞后现象。     

含植物四脚空心块斜坡消浪性能试验研究

该文通过几何缩尺比水槽试验,对比波浪在光滑斜面、四脚空心块斜面和含植物四脚空心块斜面三种斜面上的爬高,研究了不同斜坡的消浪性能,测试了不同波浪周期和波高条件下波浪在斜坡面上的爬升水动力特性和最大爬高变化规律。试验结果表明：在四脚空心块中种植植物可减小波浪对护面块体的直接冲击,降低波浪爬高,对四脚空心块斜坡面的消波性能起到了一定提升作用;在不同斜坡上,无论在规则波还是不规则波条件下,最大波浪爬高与波高均表现出较好的线性关系;在光滑斜面和四脚空心块斜面上,试验所得平均糙渗系数与设计规范中建议的系数基本吻合;根据波浪爬高随波高的变化发现,光滑斜面的变化趋势最陡,块体斜面次之,植物块体斜面最平缓,反映了三种斜坡面糙渗系数的差异;固定浪高情况下,在试验考虑的周期范围内,波浪爬高在三种斜坡面上均随周期的增大而增大,但其增幅并不明显。     

波浪作用下半圆型防波堤及其地基动力响应的数值模拟

防波堤和地基在波浪作用下的动力响应分析需要考虑波浪-海床地基-防波堤的相互作用。该文在通用数值分析软件ABAQUS的动力显式分析框架中,利用其自带的光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟波浪与海床地基和结构的相互作用,通过二次开发,引入了求解饱和土动力固结方程的位移-孔压耦合单元,模拟海床地基中超静孔隙水压力生成、扩散和消散过程,使得ABAQUS可以进行波浪-地基-结构的动力相互作用求解。并以长江口深水航道治理二期工程为例,建立了半圆型防波堤及其地基在波浪作用下动力响应的数值分析模型。首先,通过对室内模型试验的模拟对比,验证了数值模型的可靠性;然后,通过不同工况下的数值模拟计算,分析半圆型防波堤及地基动力响应的特点和规律。数值分析表明：防波堤受到的最大水平力和垂直力不会同时出现,存在一定的相位差;防波堤受到的波压力随水深的升高而减小,随波高的增大而增大;地基土体的超静孔压随着波高的增大而增大,随水深的升高而减小;防波堤的沉降随波高的增加而增大,随水深的升高而减小。     

内河锚泊浮式码头水动力性能分析

近年来内河水路运输飞速发展,浮式码头以其自身优势多运用于潮差较大的河段,由于浮式结构受风浪等环境因素影响较大,故对其水动力性能的研究至关重要。应用基于三维势流理论的水动力分析软件ANSYS/Workbench/AQWA建立浮式码头数值仿真计算模型,对浮式码头分别进行了频域分析和时域分析,考虑JONSWAP波浪谱与API风谱联合作用下浮式码头的运动响应,研究了不同的码头宽度和吃水深度对其水动力性能的影响。分析研究结果表明,浮式码头固有周期大约为3~8 s,设计时需注意避免固有周期与波浪遭遇周期接近,以免发生共振;浮式码头在高频区域内稳定性较好,但耐波性较差;适当增加浮式码头宽度、减小吃水深度可以减小其运动响应幅值,研究结果可为锚泊浮式码头的设计提供理论参考。     

吸力式五筒型基础水动力特性的数值模拟分析

多筒型基础具有气浮运输的特性,这一特性省去了驳船运输以及特种作业设备的费用,能够显著降低海上能源开发的成本。该文采用水动力分析软件MOSES建立了吸力式五筒型基础结构的数值分析模型,对不同吃水、不同水深以及不同间距情况下,结构的水动力系数和幅频响应特性进行了研究。研究结果表明：随着水深、吃水和筒间距的增加,结构垂荡和纵摇运动的水动力系数幅值呈下降的趋势;各个浪向角对垂荡的响应幅值算子的影响差异较小;结构间距的增大能够显著改善结构的摇摆运动,但是却增大了结构的垂荡运动。     

地震作用下分离卸荷式板桩码头动力响应研究

本文对水平向地震作用下的分离卸荷式板桩码头动力响应进行了有限元数值模拟。对码头施工过程进行了模拟,通过与现场试验结果对比,检验了有限元模型的合理性和正确性,并进行了不同强度地震作用下分离卸荷式板桩码头的动力响应数值计算。结果表明:在水平向地震荷载作用下,前墙-拉杆-锚碇墙以及前桩-后桩-卸荷平台均能形成整体结构受力体系,仍然发挥承担荷载的作用;后桩的弯矩方向在动力作用下可能发生改变,但前墙、前桩和锚碇墙的弯矩方向基本不变;随着地震峰值加速度的增大,前墙、前桩、后桩、锚碇墙以及拉杆的最大内力值都呈现为不同比例的增大,其中前墙弯矩增幅最大,锚碇墙弯矩和拉杆拉力的增幅次之,前桩和后桩的弯矩增幅最小,表现出了码头结构分离卸荷的特点。     

圆形重力式深水网箱受灾破坏机理分析

我国沿海地区台风等海洋灾害性气候高发,重力式深水网箱易受到台风等恶劣海洋环境的严重威胁,严重阻碍了我国网箱养殖产业发展。重力式深水网箱受灾破坏形式主要包括浮架受损、网衣严重变形和锚碇脱锚。以温州南麂岛海域的网箱设施情况和水文资料为样本,选取了周长分别为40,60 m及80 m的圆形重力式深水网箱,在水深20,22 m及23 m,波高4~10 m,周期5.4~12.5 s时,通过计算网箱在波浪作用下的水动力响应,利用BP神经网络构建受灾破坏因子与结构受损的定量关系,并利用灰色关联度识别受灾破坏主控因子。分析结果表明,BP神经网络方法可以很好地拟合自变量(受灾破坏因子)与应变量(结构受损)的定量关系。在锚绳破坏中,波高的关联系数为0.59,波高为主控因子;在网衣变形中,周长的关联数为0.39,周长为主控因子;在浮架受损中,周长的关联数为0.58,周长为主控因子。     

波浪作用下沙纹上含沙量的时变特征

对规则波、不规则波和波群作用下沙纹峰上悬移质含沙量与波浪形态的关系进行了实验研究.结果表明:在规则波情况下的波峰和波谷时刻,含沙量都出现了相应的峰值,但波谷时刻对应的峰值要大于波峰时刻的峰值;在波群情况下,含沙量对于波浪的响应主要集中在波群周期上,在短波频率上所占分量很小.含沙量的时间平均值随着调制系数的增大而减小,但其波动部分的幅值是随着调制系数的增大而增大;不规则波情况下只在大波经过沙纹峰上的时刻,才有明显的泥沙悬移现象,含沙量主要是响应于波列中波群出现的频率,这表现在含沙量能量谱的峰值对应于波浪包络能量谱的峰值.实验结果也显示了波群和不规则波波高变化导致的泥沙悬移运动的滞后现象.     

双浮箱-双水平板式浮式防波堤试验研究

该文提出了双浮箱-双水平板式新型浮式防波堤结构,并对其水动力特性进行了规则波物理模型试验研究。探讨了相对宽度、相对波高和锚链刚度等因素对防波堤消浪性能、运动响应和锚链受力的影响,并与双浮箱结构的试验结果进行了比较分析。研究结果表明:在双浮箱下面安装两层水平板能有效提高防波堤的消浪性能,显著减小防波堤的运动响应;双浮箱-双水平板结构的波浪透射系数较双浮箱结构最多可减小0.4左右;当相对宽度B/L?0.30时,透射系数可以控制在0.35以下。因此,新型防波提展现出良好的工程应用前景。     

锤击式沉桩法施工对既有供水隧洞结构动力响应分析

为分析锤击式沉桩法施工对既有供水隧洞结构的动力响应,建立了三维数值计算模型,并采用非线性时程分析法模拟了锤击式沉桩过程中既有供水隧洞结构的动力响应,并对不同桩隧距离、沉桩深度下既有供水隧道的响应规律进行了研究。结果表明：桩隧水平距离一定时,随着沉桩深度增大,隧洞正上方地表及隧洞结构的振动速度和沉降量均先增加后减小;沉桩深度一定时,随桩隧水平距离增大,隧洞正上方地表振动速度和沉降量峰值均呈减少趋势,随着桩隧水平距离增大,传递至隧洞的锤击能量被土体逐渐扩散削弱,管片的振动速度和变形量显著减小,当桩隧距离超过3倍隧洞直径后,沉桩对隧洞影响较小。     

环境荷载参数对钢悬链线立管动力响应的影响

海洋环境变化多端,钢悬链线立管(SCR)在复杂的环境荷载作用下容易发生疲劳破坏而影响安全,为研究立管在环境荷载作用下的动力响应,本文利用ABAQUS有限元软件对SCR建模,在立管上部悬挂点施加位移边界条件模拟浮体的运动,在立管的触地段采用刚度基于P-y曲线的非线性弹簧单元模拟立管与海床的相互作用,并通过调节立管环境荷载参数,研究了浮体运动、波浪振幅、周期和海流速度等参数对钢悬链线立管动力响应的影响。结果表明:钢悬链线立管随着环境荷载参数的变化呈现出不同的动力响应,立管对浮体的垂荡运动更敏感;波浪的振幅越大、周期越小,立管触地点与悬挂点的动力响应越大;海流速度增大,悬垂段长度会变大。