地震-波浪联合作用下考虑冲刷效应的跨海斜拉桥振动台试验研究

针对跨海桥梁服役期内可能遭受地震、波浪以及冲刷效应影响的问题,开展地震与波浪联合作用下考虑冲刷效应的跨海斜拉桥振动台试验,研究地震与波浪联合作用下冲刷效应对斜拉桥动力特性及关键截面动力响应(加速度、位移和应变)的影响规律。研究表明:随着冲刷深度的增加,斜拉桥自振频率逐渐降低;冲刷深度的增加,降低了桥塔桩基础侧向约束,引起地震与波浪联合作用下桩顶动力响应明显增大,且增幅比其他位置更为显著;边墩墩顶加速度和相对位移均大于辅助墩墩顶,桥墩抗震设计时,应采用不同配筋率和不同的截面尺寸对边墩和辅助墩开展差异化设计;考虑冲刷效应明显增大了地震与波浪联合作用下塔底、边墩和辅助墩墩底等关键截面的应变,相较于无冲刷工况,大冲刷工况下塔底、边墩及辅助墩墩底应变分别增加39%、36%和42%,抗震设计时应高度重视。

水下爆炸-波浪联合作用下悬浮隧道响应分析

为了研究水下爆炸-波浪联合作用下悬浮隧道(SFT)结构的动力响应,运用三阶Stokes波浪方程和Morison方程计算波浪力,基于D’Alembert原理建立运动微分方程,通过Galerkin法和Runge-Kutta法对其进行求解,并对所建立的荷载模型和联合模型进行验证,最后对不同荷载形式、波浪参数、爆炸参数等影响因素进行对比分析。结果表明:水下爆炸-波浪联合作用对悬浮隧道系统的动力响应影响显著,基于数值计算结果,随着波高和惯性力系数C_(M)的增大,管体跨中最大位移呈增长趋势,随着周期、埋置深度和拖拽力系数C_(D)增大,管体跨中最大位移呈衰减趋势。其次,比例距离与管体跨中最大位移呈幂指数关系变化,比例距离越大结构跨中位移越小。再者,爆炸冲击波压力峰值P_(m)还受到Cole公式中相似系数K_(0)、α影响,通过对相似系数K_(0)、α研究发现:相似系数K_(0)对系统位移响应影响较小,α对系统位移响应影响显著,随着α增大,系统响应趋于稳定。

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El Centro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。

波浪地震联合作用下砂质海床沉管隧道动力响应分析

对于埋置于海床表层的沉管隧道,波浪作用是不容忽视的常遇海洋环境因素。不同于陆域地下结构,海底沉管隧道地震反应分析和安全评价应考虑波浪的联合作用。基于Biot完全耦合的动力有效应力分析方法,对波浪与地震联合作用下砂质海床-隧道之间的动力相互作用特性进行研究。研究结果表明,相较仅有地震作用,波浪荷载加速了沉管隧道周围海床地震残余超孔压的增长和渐进液化进程,增大了沉管隧道上浮量;波浪与地震联合作用对应的β谱谱值更大,且卓越反应周期向长周期偏移;波浪对海床地震动的影响深度有限,仅对海床地表以下15 m范围内的地震动有放大效应。忽略波浪环境作用对砂质海床场地设计地震动参数的影响,对于沉管隧道抗震设计是偏于不安全的。

波流联合作用下海床演变的长期预报泥沙数学模型

本文根据波浪浅水变形理论及波浪辐射应力作用的二维浅水环流方程、泥沙运动连续方程和水流挟沙能力公式建立了潮流、波浪联合作用的泥沙数学模型；提出了应用典型潮，特征波进行岸线、海床演变的中、长期预报的数学模拟方法及潮流计算的有限元加权集中质量法；为解决港口工程中岸线、海床演变泥沙数学模型的中、长期预报问题进行了有益的探索。并对毛里塔尼亚友谊港附近海区。

海底管道在波流联合作用下的冲刷启动研究

海底管道作为海上石油天然气开发中的一个组成部分,担负着输送石油天然气的重要作用,但海底管道由于冲刷而引起的事故时有发生,故需研究海管管道冲刷启动发生原因及判断海底管道何时会发生冲刷,从而采取针对性的预防措施。本文从海底管道冲刷机理入手,明确了海床发生冲刷条件:实际海底底床切应力大于临界切应力时,海床发生冲刷,相反则不会发生冲刷;接下去又研究了波流联合作用下对海底管道海床的剪切力和不同底质海床抗冲刷强度,通过切应力与海床抗冲刷强度比较,从而判断海床是否发生冲刷启动。最后,通过印尼某海域实际工程案例验证该方法,证明该方法判断冲刷启动可行,也为以后的工程应用提供参考。

考虑桩-土相互作用的超大型单桩式海上风机结构地震响应

为了解决桩-土相互作用对超大型单桩式海上风机结构地震响应影响的问题,基于IEA 15 MW的固定式单桩海上风机原型,使用Abaqus建立考虑桩-土相互作用与泥面固定2种风机结构模型,桩-土相互作用通过一组非线性弹簧模拟。考虑风-波浪与地震联合作用,分析桩-土相互作用对超大型固定式单桩海上风机结构动力响应的影响。结果表明:针对超大型海上风机,桩-土相互作用效应使风机支撑结构的特征频率降低3%~6%;考虑桩-土相互作用的大兆瓦风机动力响应远大于泥面固定风机模型的动力响应;海上风机尺寸越大,桩-土相互作用引起的海上风机结构动力响应偏差越显著。

深中通道管节港内系泊动力响应试验研究(Ⅱ:双管节试验)

以深中通道工程海底隧道为依托,对管节在港内系泊防台开展物理模型试验,量测系缆力以及管节运动响应参数,探究管节在系泊状态下的动力响应特征及规律。研究主要结论有:环抱式港区内泊位系泊条件是对波浪掩护条件最好的位置最优,靠近口门的泊位最差;不同载况下,空载时风场的作用最显著而有沉放驳和测量塔的重载+工况下,风的作用力也要明显大于仅管节的重载情况,与管节半载时接近(重载+沉放驳+测量塔>重载);E32非标准管节系于突堤码头(GC1泊位)时,在各载况条件下,半载时的缆力相对最大,其中尼龙缆的最大张力为773 kN,钢缆的最大张力为1024 kN,不同载况下缆力大小的排序为半载>重载+沉放驳+测量塔>重载。

考虑流固耦合效应的海上单桩式风电塔动力响应研究

风荷载与波浪荷载是海上风电塔承受的主要荷载,对风电塔结构设计起着决定性作用,其动力响应极为复杂。以南通沿海3.0 MW风电机为研究对象,利用数值模拟和现场实测手段,考虑流固耦合效应,建立"基础-塔筒-机舱-风轮"整机模型、风荷载模型、波浪荷载模型,研究海上风电塔在风-波浪联合作用下的结构动力响应以及不同水深对风电机系统振动频率的影响。计算结果表明:采用考虑流固耦合效应与风电塔整机模型分析得到的计算结果与实测结果较一致,可为海上风电塔结构在风-波浪联合作用下的振动分析和结构设计等提供分析方法;波浪荷载对海上风电塔的动力响应存在一定的影响,以风荷载作为主要荷载计算的结果不甚合理;水深对结构低阶振动频率影响不大,但水深对风电塔系统高阶振动频率影响较大,水深越大,高阶振动频率降幅越大。