不同波浪理论下近海风机桩基础内力和变形比较分析

近海风机所处海域水深较浅,波浪非线性较为明显,而现行海港水文规范采用修正的线性波理论进行近似计算,因此需要进一步研究不同波浪理论对海上风机桩基性状的影响。基于线性波、Stokes五阶波和流函数三种波浪理论,将Morison方程与往复循环荷载下p—y曲线结合来分析风机桩基础的受力与变形。结合某海域波浪参数,首先对比分析了三种波浪理论下的速度、加速度和波面分布,然后计算单位高度波浪力的竖向分布差异,最后分析了桩基内力(剪力与弯矩)和变形(水平位移与倾角)的差异性。结果表明相对于线性波,流函数和Stokes五阶波计算的桩身弯矩偏大18.5%和26.7%,位移偏大25.2%和32.6%,因此近海风机基础设计中应慎重选择适用的波浪理论。     

地震与波浪联合作用下斜拉桥桥塔的响应分析

为了研究跨海桥梁在地震与波浪联合作用下的响应规律与破坏机制,以一座斜拉桥为研究对象,选取了适用于3类不同场地的El-centro波、Taft波、天津波3条地震波,取不同的地震峰值加速度与无水、水深8 m、水深16 m和水深24 m组合成不同的工况,分别对斜拉桥进行地震和波浪联合作用下的动态时程分析和Pushover分析,并将两种方法的分析结果进行对比。结果表明：在地震与波浪联合作用下,地震加速度的峰值越大,动水压力对斜拉桥桥塔响应的相对影响越小;水深越深,斜拉桥桥塔受到动水压力的影响越大;在水深较浅的低海况下,地震力占主导地位;在水深较深的高海况下,波浪力占主导地位;Pushover方法与动力时程分析的结果相一致,在对斜拉桥进行地震与波浪联合作用下的非线性响应分析时,Pushover分析方法具有较高的精度且计算更加简便,更适用于工程实际。     

非线性波浪作用下埋置管道周围土体渗流压力计算

由于浅水区波浪的非线性影响显著,浅埋管道受非线性波浪荷载的影响大,由于波浪的传播造成海床面波压力随周期变化,而波压力会进一步传递到海床中,管道周围的渗流压力会随波浪的传播发生变化,为了保证管道长期运行的稳定性,需要研究海底管道周围渗流压力的变化。基于Biot固结理论和一阶近似孤立波理论研究了非线性波浪作用下浅水区埋置管道周围的渗流压力分布,推导海床内管道周围的渗流压力解析解,并与已有的非线性波的试验结果及推进波的数值计算结果进行比较。计算结果表明,在孤立波的作用下,海底管道附近的渗流压力呈正弦分布,与试验结果一致。同时,根据不同波浪理论得出的渗流压力差别较大,工程计算中应根据海况条件合理地选择相应的波浪理论。     

基于IDA方法的悬索桥地震破坏机理分析中地震输入合理选择

以非线性时程分析为基础的IDA方法可作为展现以桥塔为主要目标的悬索桥地震破坏模式研究的有力工具。地震动输入的不确定性是时程分析结果离散性大的决定性因素。因此首先需为以IDA为工具的悬索桥地震破坏模式研究选择恰当的地震动记录以及IM指标。基于地震动记录选波研究现状,明确恰当的选波数量、选波方法及采用的工具和数据库。以悬索桥为对象,根据悬索桥桥塔高阶振动和非线性软化效应的地震响应特点,讨论谱匹配参数设置。以PGMD开放程序为工具,采用两级选波方法在PEER-NGA数据库中选出40条地震动记录,通过对比Sa(T1,5%)和PGA调幅下桥塔地震响应离散性,最终选定18条地震动记录以及PGA为合理的IM指标,并通过悬索桥IDA分析曲线验证选波的合理性。研究详细展示了如何利用现有开放强震数据库,以IDA为工具进行某一特定结构抗震性能研究时,选择合理地震动记录及IM指标的方法及过程,也可为悬索桥地震破坏模式的研究提供基础。     

聚焦波浪对哑铃型跨海桥梁围堰作用的试验研究

台风引起的巨浪将严重威胁跨海桥梁施工期围堰的安全,台风波浪较普通规则波浪具有周期更长、波高更大特点,正好符合聚焦波浪的特征。为更好地指导跨海桥梁围堰抵抗极端台风浪设计,开展聚焦波浪与哑铃型桥梁围堰相互作用的波浪水槽试验研究,探讨围堰吃水深度、聚焦波最大波幅、入射角度对测点波面位移及波浪力的影响。其中,分析结果表明,围堰吃水深度及入射角度的变化对测点波面位移的影响不大。随着吃水深度增加,垂直波浪传播方向的有效投影面积增大,围堰顺波向波浪力明显增大。由于波浪能量沿水深衰减,底部浮托力随之减小。随着入射角度增加,有效投影面积增大使得围堰顺波向波浪力非线性增大,而围堰底部浮托力则变化较为平缓。当入射角度和波幅均较大时,围堰顺波向和垂向浮托力的正、负向幅值差异均较大,呈现较明显的不对称性,若按对称受力设计施工方案可能偏危险。与同波幅的聚焦波浪相比,长波条件下若按线性波考虑作用于结构的波浪力将偏不安全,实际跨海桥梁工程设计时有必要按聚焦波浪考虑台风波浪作用。     

偏心受压波浪腹板阶形柱稳定性与侧移计算

首先分析波浪腹板阶形柱计算长度系数计算的相关问题,理论推导过程中考虑剪切变形对其稳定性的影响,得到考虑剪切变形时计算长度系数计算的精确公式,并与不考虑剪切变形的计算公式(GB50017—2003《钢结构设计规范》)以及有限元计算结果进行对比,从而得出了CECS 290∶2011《波浪腹板钢结构技术规程》中对于波浪腹板阶形柱计算长度系数计算的取值原则。其次,对波浪腹板阶形柱在侧向荷载作用下的变形进行分析,得到计算波浪腹板阶形柱侧向变形的计算公式。另外,根据波浪腹板阶形柱的特殊性,对波浪腹板阶形柱连接处的肩梁构造与计算方法进行阐述。     

固结体系斜拉桥一阶纵漂周期及桥塔地震剪力估算公式

为在桥梁概念设计阶段快速估算固结体系斜拉桥结构地震响应,基于力学原理推导了结构一阶纵漂周期和桥塔地震剪力的简化公式,该公式建立了结构地震响应与塔梁质量比、塔梁线刚度比两个关键性设计参数的数学关系。算例分析表明:结构一阶纵漂周期和桥塔剪力与有限元分析结果的误差在9%以内,简化公式是有效的实用化方法。最后,通过对公式进行参数分析,得到了不同塔梁质量比、塔梁线刚度比下桥塔地震剪力的变化情况,为今后桥塔的抗震设计提供了一定的指导意义。     

规则波和不规则波在刚性植物区波能衰减的试验研究

为深入了解湿地植物对近岸波浪的耗散作用,通过物理模型方法,对规则波和不规则波越过岸坡前刚性植被水域的波能衰减进行了试验研究。结果表明:当波浪通过植物区时,有效波高在植物区内逐渐衰减,规则波和不规则波波高消减率分别为29.8%和31.4%;在植物分布密度、波浪周期等参数相同的情况下,刚性植物高度为40 cm,有效波高为8、6、4 cm时,不规则波衰减率分别为41.3%、37.3%和31.3%,规则波有效波高衰减率分别为35%、30.8%和26.1%,无论是规则波还是不规则波,可见入射波浪的波高越大,消波作用越明显;刚性植被高度为40、20 cm植物区的波高(6 cm)衰减率分别为32.3%和21.0%,植物高度越大,波能消减作用效果越好,同样的参数条件,波高h=30 cm的波高衰减率为14.6%,h=40 cm的波高衰减率为9.9%,水深为30 cm时的消波作用优于水深为40 cm时的消波作用,随着水深的增加消波效果降低。本研究结果对于湿地刚性植物与波浪间的相互作用研究提供了参考依据。     

规则波和不规则波在刚性植物区波能衰减的试验研究

为深入了解湿地植物对近岸波浪的耗散作用,通过物理模型方法,对规则波和不规则波越过岸坡前刚性植被水域的波能衰减进行了试验研究。结果表明:当波浪通过植物区时,有效波高在植物区内逐渐衰减,规则波和不规则波波高消减率分别为29.8%和31.4%;在植物分布密度、波浪周期等参数相同的情况下,刚性植物高度为40 cm,有效波高为8、6、4 cm时,不规则波衰减率分别为41.3%、37.3%和31.3%,规则波有效波高衰减率分别为35%、30.8%和26.1%,无论是规则波还是不规则波,可见入射波浪的波高越大,消波作用越明显;刚性植被高度为40、20 cm植物区的波高(6 cm)衰减率分别为32.3%和21.0%,植物高度越大,波能消减作用效果越好,同样的参数条件,波高h=30 cm的波高衰减率为14.6%,h=40 cm的波高衰减率为9.9%,水深为30 cm时的消波作用优于水深为40 cm时的消波作用,随着水深的增加消波效果降低。本研究结果对于湿地刚性植物与波浪间的相互作用研究提供了参考依据。     

波浪力作用下岸坡破坏特征分析

为了预防水流波浪对岸坡造成破坏,加强岸坡的保护治理,开展了关于波浪力作用下岸坡稳定性的研究。通过计算确定坡面破波压力以及波压力分布,运用MIDAS GTS NX有限元分析软件建立模型,将计算所得的波压力加载到斜坡面,采用有限元法对模型计算分析,探究岸坡在波浪力作用时内部位移场、应力场的变化。