船行波作用下桥梁浮式施工平台动力响应分析

为研究船行波对浮式平台动力响应的影响,以国内某桥施工中设计的浮式平台为研究对象,使用海洋工程有限元分析软件 USFOS 建立了包含龙门吊在内的浮式平台模型,分析了浮式施工平台对波浪周期的敏感性,并研究了船舶航速以及船行波入射角度对浮式平台动力响应的影响。结果表明: 波浪周期对浮式结构动力响应影响很大,浮式平台自振周期应尽量远离船行波周期,以降低平台动力响应; 船舶航速增高会使波高、周期增大,设计航速应考虑浮式结构在波浪荷载下的动力响应影响; 船行波浪入射角度对该类结构的动力响应影响较大,按照 0°的入射角进行动力响应分析会低估船行波浪荷载影响。此研究成果对浮式施工平台的设计及施工具有一定的指导意义。     

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。     

直立式护岸渡槽船行波分布规律研究

为研究直立式护岸渡槽内船舶船行波分布规律,同时为滨海枢纽二期渡槽工程提供设计依据,采用三维数模仿真模拟计算,从单船行波发展过程、不同吃水及不同航速对船行波的角度出发,详细分析了各因素对船行波分布规律影响。最后采用回归分析方法,验证了规范波高计算公式中的系数取值,得到了滨海枢纽二期渡槽船行波波高计算公式,经验证,拟合公式计算精度较高,能很好地反映实例工程波高分布情况。     

南海浮式码头与系泊系统动力耦合分析

南海部分海域由于海底地形限制,运输船舶无法正常靠泊作业,可采用成本较低的浮式码头供运输船舶停泊使用。该文应用基于开源平台Open FOAM开发的船舶与海洋工程CFD求解器―naoe-FOAM-SJTU,对一座分布式系泊系统的浮式码头在入射波浪作用下的运动响应进行了数值模拟。文中系泊系统的求解采用基于集中质量法的动力分析方法,给出了码头运动和系泊系统所受动力的时历曲线,并且将结果同静力分析进行对比,验证了采用动力分析方法的可靠性和必要性。     

水下桩腿长度对带支腿浮式结构水动力系数的影响分析

风电安装船是带支腿浮式结构,而水下桩腿长度对船体在波浪中的动力响应会产生较大的影响。究其原因就是水下支腿的存在导致结构所受水动力不同于普通无支腿船体。为了研究水下桩腿长度对水动力系数大小的影响,该文利用三维势流理论对桩腿收放过程中不同阶段的水动力系数进行了数值计算,给出了不同工况下带支腿浮式结构在波浪中运动的6个自由度水动力系数与波浪频率的关系。研究结果表明:桩腿水下长度对带支腿浮式结构水动力系数的影响较为明显,除垂荡运动外,附加质量随桩腿在水下的长度的增加而增大;当波浪频率处于低频或高频时,桩腿的水下长度对附加阻尼的影响较小,而当波浪频率处于中频时,附加阻尼系数随运动状态的不同表现出不同的规律。此外,还分析了桩腿对带支腿浮式结构湿固有频率的影响,结果反映出桩腿在水下的长短对结构的湿固有频率有明显的调制作用。     

波浪荷载作用下桥墩码头动力响应分析

采用数学理论推导了规则波浪荷载与随机波浪荷载的计算表达式,并应用仿真数值模拟对波浪荷载作用下桥墩码头结构的动力响应进行了分析,研究了波浪的波高、周期、入射角、水深四个波浪参数对桥墩码头动力响应的影响。通过施加两种不同形式的极限波浪荷载,确定了桥墩主应力的分布规律以及危险区域。计算结果表明:波高和水深对桥墩码头的影响较大,但是波高的变化对桥墩的影响更为显著;周期对桥墩的影响有一定的局限性;入射角对桥墩码头影响最小;桥墩的最大主应力没有超过混凝土的抗拉设计强度,并富有一定的安全储备,桥墩是安全的。     

快速双体船船行波的研究

1引言船舶在航道中航行产生的船行波是航道护岸工程设计的重要基础之一。室内船地试验和现场观测均表明，影响船行波的因素复杂，其中以航速影响最为突出。近40年来，许多学者对单体船船行波进行了大量的室内船地试验研究和现场观测研究，提出了计算船行波波高的经验公式。1986年美国的J．R．Weggel，R．M．Sorensen建议船行波波高计算式［1］．式中：V——船舶体积排水量（d）；x——计算点至航线的距离（m）；a、n——与深度怫汝德数FD和相对水深d有关的系数，FD一其中：VS——航速（m／s）；D－－－H道水深（m）；g——重力加速度…     

二维半理论的船舶运动及波浪增阻计算适用性研究

波浪增阻是计算船舶能效指标中气象因子w_f的关键。该文基于二维半理论(又称高速细长体理论)实现了船舶运动响应预报并采用辐射能量法开发了波阻增加计算程序。通过对不同航速下Wigley III和S175船的水动力、运动和波浪增阻的细致计算与分析,并与切片理论和三维航速修正法求解的结果及试验值进行了比较,验证该方法的可靠性和适用性。研究表明二维半理论适用于船舶运动与波浪增阻的计算,相较于工程上常用的切片理论和航速修正方法,计算结果准确性适用性更高,为船舶波阻增加预报提供了快速有效的手段。     

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。     

海底悬跨管道在波流和地震联合作用时的模型试验研究

利用波浪-水流-地震联合模拟试验系统,研究了在波浪、水流和谐波地震荷载单独作用或联合作用时海底悬跨管道的动态响应特征。通过试验采集的加速度和动水压力数据分析了管道的悬跨长度、管内状态、外界荷载组合对于管道基频以及动力响应的影响规律。结果表明:随着悬跨长度的增加,管道自振频率减小且管道的动力响应显著增大;水流流速、波浪高度和周期在一定范围的增大会引起管道动力响应增大;三种荷载联合作用于管道时的动力响应大于荷载单独作用,且地震荷载起主要作用,波浪、水流荷载起次要作用。     

船行波作用下内河航道泥沙运动机理研究

内河航道中产生的船行波改变了原有的水动力条件，直接影响床面泥沙运动及河床演变。为认识船行波对泥沙运动的影响，针对泥沙起动和输移两个基本问题，采用理论分析和原型观测试验，重点研究航政艇和货船两类船舶引起的近底流速和床面剪切应力特性，以及船行波的挟沙能力。结果表明：航政艇产生的船行波次波对诱导的水流流速和床面剪切应力贡献最大，而货船产生的船行波主波贡献最大，凸现出两类船舶的船行波波列结构和能量分布的不同特征。以修正希尔兹参数为变量建立了船行波挟沙能力计算公式，可以计算出船行波作用下泥沙的悬浮量。研究成果对认识内河航道泥沙运动和断面演变规律具有一定的参考价值。     

大管径直桩浮式系靠码头的原型试验研究

介绍武汉红钢城大管径直桩浮式系靠码头的原型动力特性试验和浮式系靠设施在风、浪、流共同作用下的船舶荷载试验及浮式钢系靠设施在实际工作条件下运动状态的试验，结果表明码头横向刚度要比模型计算值大，码头采用多级消能，利用靠船桩、浮箱、护舷等的变位、变形以及水流阻力，使传到码头上的船舶荷载大大减小；浮式系靠设施消能效果明显，系统运转正常。采用浮式系靠设施后，克服了一般桩式码头无叉桩不能承受水平荷载的缺点，使施工更方便快捷。     

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。     

内河航道中船行波在岸坡爬高的数值模拟

该文基于RANS方程、RNG k-ε湍流模型建立数值波浪水池,用VOF法追踪自由面的位置,并模拟了内河航道中船行波的生成、传播、爬高和岸壁反射过程,且与典型断面航道中船行波在岸坡最大爬高和回落的现场测量值进行了比较,验证了数值模型的有效性。通过对航道中船行波进行数值模拟,获得了船行波的波形及其在岸坡上爬高与回落的最大值。分析了船舶吃水、航速和航道岸坡倾角对特征波高以及最大爬高与回落的影响。最后建立了计算船行波特征波高、爬高和回落的经验公式。     

双体快速船和普通船舶船行波现场观测

本文通过对小榄水道的双体快速船、普通船舶船行波现场观测,对两者的波高、波周期及船行波作用历时进行了详细比较研究。     

风浪流荷载下基于AQWA的海上Spar型浮式基础稳定性分析

为了解决现阶段可再生能源利用的问题,实现深海风能的有效利用,针对设计出的OC3-Hywind 5MW Spar型浮式平台基础部分在风浪流荷载下的稳定性问题进行研究。利用ANSYS中的水动力模块(AQWA)分别对结构进行频域以及时域耦合运动响应仿真模拟,比较分析了不同工况下浮式结构各个自由度下的运动响应值,以及配重块在系泊不同位置处对结构运动响应值及系泊力的影响情况。结果表明:在不同工况作用下的浮式结构在纵摇自由度方向上的运动响应极值主要受风荷载影响,随着风速增大,响应极值也随之增大,在其他自由度上的响应极值受风、浪荷载影响较小;改变配重块在系泊缆上的悬挂位置对浮式基础在纵摇和首摇自由度方向的运动有着显著影响,并且随着配重块距离锚固点越近,响应值越大,越不利于浮式基础的稳定;未悬挂配重块的系泊力高于悬挂了配重块的系泊力,随着配重块悬挂位置离锚固点越远,系泊力越小,越能保证浮式基础在恶劣海况条件下的稳定性。     

脉冲效应对地下管廊地震响应的影响

考虑行波效应、地基的辐射阻尼和地震波在地基中的反射得到应用于无限单元的垂直入射等 效荷载输入方式,建立了结构地基相互作用的三维无限元－有限元耦合分析模型。选取三组脉冲地震, 并根据其反应谱合成对应的非脉冲地震,将脉冲地震和非脉冲地震作用下结构产生的动力响应作比较。 结果表明:在相同加速度峰值情况下,结构在脉冲地震作用下的动力响应大于非脉冲地震,脉冲效应会 放大地震对结构的动力反应;而从管廊的应力及损伤因子结果看,管廊顶部容易发生塑性屈服,为抗震 薄弱环节。因此在进行管廊结构设计时应考虑脉冲效应的影响,且应重点关注廊道顶部位置。     

随机风 浪荷载作用下近海风机塔架动力响应分析

近海风机在随机波浪荷载作用下的动力反应是近海风机结构设计中的关键问题之一。用谐波叠加法研究了随机风、浪荷载时程的模拟方法,并探讨了考虑波浪波面高程变化时的波浪力计算方法。分两种荷载工况,采用动力有限元法计算了海上风机在随机波浪荷载作用下的动力反应,探讨了波面高程变化对于海上风机动力响应计算的影响。计算结果表明,当不计波面高程变化时,波浪力在波峰位置被低估,在波谷位置被高估,波面高程变化对风机塔架动力响应计算结果将产生影响,在实际工程中应予以适当考虑。     

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。     

地震、波浪联合作用下深水大跨桥梁响应分析

深水大跨桥梁在地震作用时同样受到波浪力作用,研究地震、波浪联合作用下桥梁动力响应具有重要意义。通过ＡＮＳＹＳ建立一个连续大跨刚构桥的整桥模型,地震波采用天津波与ＥｌＣｅｎｔｒｏ波,利用辐射波浪理论计算地震作用下内域水动水压力、利用基于频率降低率的附加质量比法计算外域水地震动水压力,利用绕射波浪理论计算波浪力,对比仅地震作用、仅波浪作用、两者联合作用三种工况下桥梁动力响应结果。结果表明,水体存在会增大结构地震动力响应,且增幅与地震波特性、水深、有无内域水等有关;波浪以不同波长所得波浪力施加时结构动力响应不同,影响程度较仅地震作用时小;波浪的存在会影响结构地震动力响应,应合理考虑地震与波浪的关系。