随机波浪对不同接岸型式码头上部结构的冲击作用研究硕士论文.pdf

大连理工大学
博士学位论文
随机波浪对不同接岸型式码头上部结构的冲击作用研究
姓名:任冰
申请学位级别:博士
专业:港口、海岸及近海工程
指导教师:王永学
20030401
摘要湍流运动方程——雷诺方程,及修正的狤模型封闭雷诺方程为控制方程。采用三阶在海岸和近海工程中,近海采油平台、桩基码头和海上栈桥等上部结构位于浪溅区的建筑物的安全与波浪冲击作用关系极大。若这些海上建筑物的上部结构底高程较低,在恶劣海况下当大波浪在其面板下面通过并与之接触时,面板下面除了作用有强度变化这种极强冲击荷载会引起建筑物的整个上部结构失稳或造成局部破坏。另外当波浪离开上部结构底面时产生的负压力作用对混凝土结构的耐久性也是一个很大的威胁。近二十本文应用物理模型试验和计算机数值模拟相结合的手段,对不同接岸型式码头面板底部受到的随机波浪冲击作用进行了研究。槽中进行,试验中选用的随机波靶谱为改进的祝肷洳ú.~胪访姘宓南喽跃豢码头面板底面距离静水面的距离肴肷洳úǜ呋僳椎谋戎范围为.~,其中疕莆8褐刀员示码头面板底面位于静水面以下。试验中设计了开敞式、人工块体护砸可渗斜坡边界和水泥板护面不可渗斜坡边界三种不同接岸型式的码头模型。通过对不同波浪参数、结构物尺度、结构物与静水面的距离等情形的试验结果的比较分析,研究随机波浪对不同接岸型式码头面板的冲击压力特性,分析波浪冲击压力沿码头面板底面的分布规律,讨论入射波要素、结构物尺度、结构物相对净空等要素对码头面板底面所受的冲击压力的影响规律,给出便于工程应用的计算波浪冲击压力的经验岸型式对码头面板底面冲击压力的特性、分布规律以及冲击压力峰值大小的影响。本文的数值模型为作者改进的椒āND芊从吵霾ɡ顺寤鞴痰耐牧魈卣鳎迎风差分格式离散控制方程中的对流项,克服了原椒ㄖ卸粤飨畹牟罘指袷骄ǘ鹊于二阶存在数值粘性,在一定程度上掩盖了实际物理粘性影响的缺陷。建立了适合方法的水体与结构物接触与分离的数值边界条件,较好地反应出水体与结构物分离时存数值造波机速度边界条件。文中对不同情形的波浪昊魑侍饨辛耸导扑悖⒂梦锢模型试验结果对数值模型进行了验证,在建立波浪冲击问题的数值模型方面取得了重要较缓慢的波压力外,在波峰刚接触到面板时尚存在着历时很短但强度极大的冲击压力,年来冲击荷载的预报在海岸和近海工程设计中越来越受到重视,已形成一个新兴课题。本文的物理模型试验在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的大波流水公式。比较码头面板所受的随机波浪冲击作用和规则波冲击作用的异同点。讨论不同接在自由波面而水体与结构物接触时自由面消失的特点。提出了适合椒ǖ乃婊关键词:随机波浪,冲击压力,接岸结构,椒的进展。随机波浪对不同接岸型式码头上部结构的冲击作用研究
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篟随机波浪对不同接岸型式码头上部结构的冲击作用研究—
髀式被简化为最籶珿定义成冲击系数,其理论值等于】’】,当考虑冲击对到坏萚縷【浚】。吼这些研究结果虽然给出了冲击力的范围,但由于各人所得到前言公式浚琛。但是对于大尺度水平平板结构的冲击问题,波浪自由面形状的影响不可在海岸和近海工程中,近海采油平台、桩基码头和海上栈桥等上部结构位于浪溅区的建筑物的安全与波浪冲击作用关系极大。若这些海上建筑物的上部结构底高程较低,的威胁。冲击荷载的预报近二十年来在海岸和近海工程设计中越来越受到重视,已形成波浪冲击过程的机理极其复杂,涉及波浪的强非线性、瞬时效应、流体粘性、湍流、水气掺混等因素,至今仍是海岸工程领域没有解决的困难课题之一。国内外有关波浪对浪溅区结构物冲击作用的研究工作大都以试验研究为主。实际海上工程结构设计中的冲击荷载的确定通常是采用依据大量试验得到的经验公式或针对具体工程进行物理模型水面的扰动影响时,扔大尺度水平平板结构的冲击问题,近年来引起越来越多的关注。一个典型的例子就甋沿用小尺度水平圆柱冲击问题的处理方式给出了冲击力的简化表达式,通过形成的可压缩的空气槽的影响,使得大尺度水平平板的冲击问题与小尺度水平圆柱的冲构的冲击问题存在着很大的缺陷。在恶劣海况下当大波浪在其面板下面通过并与之接触时,面板下面除了作用有强度变化较缓慢的波压力外,在波峰刚接触到面板时尚存在着历时很短但强度极大的冲击压力,这种极强冲击荷载会引起建筑物的整个上部结构失稳或造成局部破坏。另外在波浪离开上部结构底面时,面板底面受到的波浪负压力作用对混凝土结构的耐久性也是一个很大一个新兴课题。试验。目前发表的文献关于波浪对小尺度水平圆柱冲击作用的理论研究中,冲击力的表达【俊6墒匝檠芯康玫降某寤飨凳鼼离散程