波浪入射角度对圆端形桥墩模型水槽试验阻塞效应影响

模型水槽试验是开展桥梁墩柱结构波浪作用研究的常用手段之一,当桥墩模型尺寸较大时,阻塞效应对桥墩模型波浪作用的影响不可忽略。桥墩常用的圆端形截面非中心对称,其波浪荷载受波浪入射角度影响大,但波浪入射角度对模型试验阻塞效应的影响尚未完全清楚。因此,开展了不同尺度、不同波浪入射角度下圆端形桥墩波浪荷载水槽试验,分析了波浪入射角度对阻塞效应的影响;建立了基于雷诺时均(RANS)方程和k-ε湍流模型的三维数值波浪水槽,采用质量源造波,揭示了不同阻塞比下波浪力的变化规律,探明了不同波浪入射角度下的临界阻塞比;考虑不同波浪入射角度的影响,提出了阻塞效应影响下的圆端形桥墩模型波浪力修正方法,并结合数值模拟验证了方法的合理性。研究结果表明:①阻塞效应会增大圆端形桥墩受到的正向波浪力;②波浪入射角度会对圆端形桥墩的阻塞效应产生影响,从而导致不同波浪入射角度下的临界阻塞比不同,但临界水槽宽度为6倍桥墩阻水宽度时便可有效避免阻塞效应的产生;③以正向波浪力峰值为研究对象求得了修正系数,并提出了圆端形桥墩在任意波浪入射角度下受阻塞效应影响的波浪力修正公式,且修正效果较好。相关研究成果对跨海桥梁波浪作用水槽试验、波浪荷载计算等具有参考价值。

基于波浪数学模型的航道对波浪传播规律影响分析

针对波浪传播规律与航道相互关系的问题,基于波浪数学模型,研究波浪入射角和航道的网格边长对波浪传播规律的影响。结果表明,航道疏浚后,当波浪入射角为15°时,航道迎浪侧与背浪侧之间波高最大变化率可达6.6%,且航道最小网格边长相对于航道边坡宽度为0.12时,航道边坡可以较为准确地模拟出来,此时数值模拟的时间较短。

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。

基于势流理论的跨海桥箱梁斜向波浪荷载作用研究

为分析斜向波浪对跨海桥箱梁的影响,提出斜向波浪作用下跨海桥箱梁所受波浪荷载的理论计算方法。该方法基于势流理论建立斜向波浪-桥梁作用的数学模型,利用特征展开匹配法及伯努利原理计算箱梁所受的斜向波浪荷载。以平潭海峡公铁大桥为背景,对比分析淹没状态下箱梁的无量纲波浪荷载理论计算值与水槽试验值,验证所提出理论计算方法的准确性,分析波浪入射角和结构几何特征参数对斜向波浪荷载的影响规律。结果表明:所提出的跨海桥箱梁斜向波浪荷载计算方法准确、高效;波浪入射角对箱梁所受波浪荷载有显著影响,由长周期波浪引起的垂直波浪荷载对入射角的变化更为敏感;在斜向波浪作用下,结构的几何特征对箱梁所受水平方向波浪荷载的影响更为显著。在跨海桥箱梁设计时,建议考虑结构尺寸与斜向波浪入射角对波浪荷载的影响,通过结构优化与合理的桥位布置来降低波浪荷载对桥梁上部结构的影响。

航道长度对波浪传播影响试验研究

针对航道长度对港域波浪传播影响的相关研究较少的现状,基于波浪物理模型试验和数值模型试验,对不同波浪条件下,港域波高随航道长度变化的关系进行了分析研究。研究表明:波高对航道长度的选取基本没有影响;港池内波高对应的临界航道长度始终为3500 m,该航道长度下港内的波高模拟效果可与长航道工况基本等同。波浪小角度入射时,迎浪侧的临界航道长度为4000 m;波浪大角度入射时,航道长度的改变对迎浪侧的波高分布影响很小。长周期和波浪大角度入射时,航道背浪侧的有效区域为从航道末端开始,波浪入射波向与航道轴线所夹区域;短周期或者波浪小角度入射时,短航道背浪侧不存在模型的有效区域。

海岸底床剖面演变模拟与分析

近岸水下沙坝的位置与高度是河口海岸底床变化的主要原因,波浪与地形之间的耦合与反馈造成了沙坝向海连续迁移。使用LITPACK的添加模块LITPROF模拟沙质海岸剖面形态变化主要是沙坝的形成与迁移,通过模拟不同波浪入射角及剖面坡度对沙坝形成与迁移的影响,得出沙坝主要在波浪破碎点处形成,波浪入射角增大,沙坝离岸迁移越快;底床坡度越陡,沙坝产生与迁移越快,岸滩变形也越大。

波浪传播方向对导管架海洋平台模态识别的影响及对策

为了提高不规则波载荷下海洋平台的模态识别精度,通过分析波浪传播方向上的桩腿间距对平台波浪合力频率特性的影响规律,针对4桩腿导管架平台提出了一种寻找波浪合力峰频与谷频的方法,并在该方法的基础上针对各个低阶模态识别提出了选择合适的波浪入射角范围来避免波浪合力有色噪声干扰的方法。然后通过对一个典型的4桩腿导管架平台的数值模拟分析,验证了寻找平台波浪合力峰频与谷频的方法,分析了波浪合力峰频与谷频对模态识别的干扰规律,并针对3个低阶模态找出了适合模态识别的波浪入射角范围。