东海大桥桥梁桩柱承台水动力模型试验研究--第一部分:作用于单个小尺度桩柱上的波流力

本文通过模型试验研究了不规则波与均匀流共同作用于小尺度单桩的水动力特征。文中比较了不同工况下直桩与斜桩的受力特性。在频域内采用相关函数法进行了谱分析与互谱分析，得到波面谱与波力谱的相关关系．并给出波向力与波面相位差的变化规律。     

垂直桩柱正向波流力的计算及水动力系数C_D、C_M分析方法的探讨

文中首先综述了目前常用的水动力系数C_D,C_M的分析方法,并通过大量实验结果的分析对比得出,只要按本文所定义的KC数相同,则无论是纯波场,还是波流共存场,不管是规则波情况下还是不规则波情况下,都应具有相近的C_D、C_M值。文中还通过计算值与实验结果的对比,验证了本文所述波流共存场中不规则波情况下桩柱波流力计算方法是切实可行的。     

部分埋入群桩的水平非线性动力分析

在桩基振动问题中,桩侧土体的刚度和阻尼比具有显著的非线性,但目前的分析方法一般只采取恒定的土性参数进行线性研究。基于分布荷载作用下部分埋入群桩水平振动特性的研究成果,以桩身内力-位移与土性参数之间的相互关系为依据,提出一种新的单桩及群桩在横向荷载作用下的非线性计算方法并将其程序化。该程序不仅可以模拟土的非线性行为,还可以模拟桩身在横向荷载作用下的非线性结构响应。通过与前人的实验及理论求解结果进行对比,验证了该程序方法的正确性。同时在非线性条件下精确地分析了埋入比、桩间距和激振频率对单桩、群桩阻抗及桩-桩相互作用因子的影响。     

不同雷诺数下水平桩柱的水动力特征

本文介绍了均匀振荡流中光滑水平桩柱上水动力特征的试验研究。试验中，雷诺数Ｒｅ＝２００００－２６００００（该区域为亚临界区与临界区），ｋＣ＝５－４０。分析中，利用最小二乘法来确定Ｍｏｒｉｓｏｎ方程中的速度力系数ＣＤ及惯性力系数ＣＭ；还利用最大值法及均方根值法对合力系数ＣＦ与升力系数ＣＬ进行分析，所有的正向力与升力系数都作为Ｒｅ及Ｋｃ数的函数给出，并且各系数相对于其平均值的均方差值也有图中示出。其主要     

规则波中承台和桩柱水动力的实验研究

本文对规则波作用于承台及单桩的水动力特性进行了试验研究。承台底面的压强及桩柱的水动力荷载分别采用压力传感器、四分力天平量测。主要研究了冲击压强沿承台底面的分布,给出了冲击压强随承台相对净空及相对长度的变化规律。由于上部承台的加入,下部单桩的水动作用力将变化。讨论了承台对桩柱受力的影响,并与上部无承台的单桩受力结果进行对比分析。     

码头桩群壅水试验的相似条件

随着航运事业的发展 ,码头建设日益增多。河道中码头桩群的壅水作用 ,通常成为人们关注的课题 ,并要求进行整体模型试验加以研究。     

锚碇碟形网箱群的水动力分析

深海网箱养殖是未来开发海洋牧场和满足人类日益膨胀的物资需求的有效手段。碟形网箱因其结构稳定、抗风能力强和养殖空间较大等优点而具有良好的前景。参考某碟形网箱具体参数并应用OrcaFlex水动力分析软件建立碟形网箱群的水动力分析模型,结合南海极限海况,基于凝集质量法和Morison公式等理论基础对该碟形网箱群在不同浪向和流向组合下的系缆系泊张力以及网箱浮框倾角进行了时域耦合分析并提出了若干工程建议,对网箱的安全建设具有一定的指导意义。     

不同雷诺数下水平桩柱的水动力待征

本文介绍了均匀振荡流中光滑水平桩柱上水动力特征的试验研究.试验中,雷诺数Re=20000～260000(该区域为亚临界区与临界区),Kc=5～40.分析中,利用最小二乘法来确定Morison方程中的速度力系数C_(?)及惯性力系数C_M;还利用最大值法及均方根值法对合力系数C_F与升力系数C_L进行分析,所有的正向力与升力系数都作为Re及Kc数的函数给出,并且各系数相对于其平均值的均方差值也在图中示出.其主要研究成果如下:当Re≥80000时,所有的水动力系数(包括C_D、C_M,C_F与C_L),几乎与雷诺数Re无关,且各系数均随Kc数的逐渐增加而趋向于不同的常数;当Re<80000时,速度力系数C_D随Re数的增大而减小,而惯性力系数C_M随Re数的增大而增大.     

随机波浪作用于三桩桩列上的横向力的水动力特征及群桩效应

本文试验研究了随机波浪作用于串列及并列三桩桩列上的横向力的水动力特征及组成桩间的群桩效应，给出了横向力系数与ＫＣ、ＬＤ两参数的相关曲线。在频域内建议了一个新参数一横向力比频率，它能从一个方面较好地概括横向力谱的特征。以孤立桩柱的横向力为基准考查了桩间相互干扰产生的横向力变化，并以群桩横向力系数描述了这一变化规律。针对随机波浪的特点，文中给出了计算各组成桩上横向力及合力的实用化方法。     

复杂水动力环境下的人工岛冲淤演变研究

以山东某具有代表性的在建人工岛为实例,首先建立人工岛附近海域的潮(径)流模型和波浪模型,对区域径流、风生流、潮流、波浪等水动力因素进行数值模拟与分析;然后将水动力条件的模拟结果代入泥沙模型,对人工岛所在海域的泥沙输移和冲淤厚度进行数值模拟,分析人工岛在风、浪、潮及径流的联合作用下的冲淤演变趋势,为人工岛的规划和设计提供依据。     

桩柱式围网单元网片在水流作用下的水动力特性研究

桩柱式围网养殖是新兴发展的一种生态型海洋养殖模式,主体由排桩和网片组成。围网网衣系统安全是决定围网工程安全的关键所在。该文基于集中质量点法和网目群化技术,通过计算机模拟研究了桩柱式围网单元网片在水流作用下的水动力特性,分析了水流流速和流向要素对围网单元网片的网线张力分布、节点偏移和系缚点受力特性的影响。研究结果表明,网线最大张力和节点最大偏移随流速和冲角的增大而增大;网线最大张力发生处,主要位于网片上下端的两侧位置,但当冲角较小时,网线最大张力出现在网片上下端的迎流一侧。节点最大偏移发生处,主要位于网片上下端的中间部位,且不随流速变化。桩柱系缚点受力上下两端大、中间小,流速和冲角对上下两端系缚点的受力影响较大,对中间系缚点的影响较小。上述研究结果指出了围网网片及桩柱系缚点的潜在危险位置,在进行围网设计时,需给予重点关注。该文研究结果可为新型浅海围网工程设计与安装提供重要参考。     

临海至椒江大桥段采砂对椒江河口的水动力影响研究

随着社会经济的发展，椒江河口采砂活动日益频繁。采砂改变河床条件，必然对河口区水动力条件产生明显影响。这种影响主要表现在低潮位降低，高潮位抬升，潮差和纳潮量均增大，潮流流速增加。在临海至海门河段，这种影响越往河口段上游越明显。通过研究椒江河口采砂前、后的河口水动力变化，分析影响产生的机理。     

规则波对大直径群桩作用的数值模拟研究

多桩柱结构在海洋工程中应用广泛,大直径群桩效应使得桩柱所受到的波浪力与单桩大为不同。首先使用基于势流理论开发的三维水动力分析程序DIFFRACT计算了单个圆柱和双圆柱所受到的波浪力,通过与相应解析解的对比验证了数值结果的准确性。进一步分析了大尺度多桩柱结构在规则波中所受的波浪力。群桩间的水动力相互作用使桩群中每个圆柱所受的波浪力存在多个峰值,其最大值可达单个圆柱所受波浪力的2.30倍,并且最大波浪力圆柱的位置受桩群布置的影响。     

桥墩群阻水对河道水动力的影响研究

桥梁等涉河建筑物的修建使河道过水断面压缩,桥位附近流速加大、流态紊乱,在一定范围内导致水位壅高、局部冲刷等问题。应用平面二维水沙数学模型,模拟漯河市京广铁路桥附近的水动力变化以及沙河的河势变化,并在此基础上模拟下游300 m处将要建设的解放路沙河大桥建成后带来的累积影响,就河道壅水以及河势变化等问题进行探讨。结果表明:在下游桥梁的壅水范围内,上游桥梁前方的壅水值比单座桥梁时偏大,上游桥梁前方的流速值有所减小。     

模拟拱坝坝体－库水相互作用的振动台动力模型试验研究

采用仿真混凝土材料在振动台上进行逐级加载的拱坝坝体－库水相互作用的动力模型试验研 究,分析拱坝从弹性阶段到破坏阶段的动力响应和损伤情况。在不同的地震波激励下,测得拱坝沿不同 高程拱圈和拱冠梁的坝面动水压力分布,拱冠梁处动水压力最大值在坝底至距坝底1／3坝高之间,认为 拱坝动水压力分布与坝体体型、山体形状、地震动强度、地震干扰频率和地震激励方向等因素有关。在 人工波顺河向激励下,通过坝体基频、加速度响应分析确定坝体在0．377ｇ时出现损伤,0．471ｇ时在坝 体两侧靠近坝肩和距右岸1／4拱圈处率先出现贯穿裂缝,确定了坝体抗震薄弱部位,对研究坝体的抗震 安全有重要意义。     

多浮摆式采能装置水动力性能的时域计算及模型试验

该文基于三维时域势流理论,对一种多浮摆式波浪能采能装置的水动力性能进行了时域模拟,获得了单浮摆及双浮摆系统的运动响应、浮摆所受波浪力矩及角速度。根据模拟参数,对单浮摆和多浮摆系统的水动力特性进行了比较。在此基础上,根据几何相似、运动相似等相似准则,进行了单、双浮摆系统的水力模型试验,获得了两种装置的波浪能采集效率。数值模拟及水力模型试验的结果表明,单浮摆的纵摇响应小于双浮摆的情况,浮摆间的相互作用可以提高波浪能的采能效率。     

分布荷载作用下部分埋入群桩的水平振动研究

首先将成层地基中的部分埋入桩看作成Winkler地基上的梁,采用传递矩阵法来考虑土体的分层情况,推导出水平分布荷载作用下部分埋入单桩振动公式;然后在被动桩和周围土体相互作用的基础上建立了部分埋入桩的桩-桩相互作用模型,通过讨论参数埋入比L1/L2、桩间距s/d和θ角对桩-桩相互作用因子的影响,得到了部分埋入群桩的动力特性模型,并计算解得群桩的桩身变形以及内力;结果验证了这些因素对于部分埋入群桩中桩-桩相互作用因子有很大影响,并且在浅层土中时能量大部分被土体释放,说明表层土对桩的约束起主要作用,为工程设计提供了依据。     

浅水湖泊群连通与调水的二维水动力-水质藕合模型研究

将湖泊群连通并进行引清调水的水环境污染治理模式在浅水湖泊分布比较集中的地区逐渐受到人们的关注.为了探究独立湖泊群相互连通引水后各湖区的水动力水质变化情况,以武汉大东湖生态水网工程的建设为背景,建立了湖泊群二维水动力-水质耦合模型.采用适合复杂边界的非结构化网格,考虑湖底地形和气候条件,考虑污染物的输入、迁移和转化,以及蓝藻等浮游生物的生长条件,分别利用东湖2006年6月和2007年6月的野外数据对所建模型进行参数的率定和校核,并利用2012年6月实测数据对3种引水方案与3种连通模式组合情况下湖泊群的BOD5,TP,TN以及Chl-a等生化指标的变化情况进行模拟,对稳定运行30 d后的模拟结果进行比较分析.结果表明:引水工程中,对于水域面积较大的湖泊,风力作用依旧是影响流场的主要因素;同样的引水流量下,不同的调水方案对水质改善结果有较大差别;湖泊群中隔堤的存在会给湖泊污染治理带来困难,而在湖泊群中适当区域设置生态小岛对水质变化过程影响微弱.     

内河框架码头桩柱绕流水动力特性的二维数值模拟

桩柱绕流水动力特性直接决定水流对桩柱作用力的分布规律,是内河框架码头水流荷载计算的基础。结合计算流体动力学(CFD),依托内河框架码头实际工程,进行了内河框架码头大直径桩柱串列及并列4桩柱绕流水动力特性的二维数值模拟,系统分析了不同流速及不同桩间距下桩柱绕流尾流流场形态,揭示了桩柱绕流阻力系数、升力系数、斯特劳哈尔数随桩间距和流速的变化规律。研究了串列及并列4桩柱绕流流场形态和水动力特性,不同流速及不同桩间距下的遮流影响效应、遮流影响系数以及横向影响系数的变化。数值模拟与分析结果可为计算类似内河框架码头水流荷载提供一定的技术参考。