波浪—流联合作用下结构—海床耦合系统的动力响应分析

论文摘要

波浪-流联合作用下结构的响应分析是海工结构研究的重要课题。海工结构在波流作用下的倒塌往往与海床地基失效有关,因此,在波浪-流外荷载作用下考虑饱和海床-结构动力相互作用十分必要。本文主要实现了一种波浪-流联合作用下饱和海床-结构相互作用的分析方法。具体工作如下:（1）基于有限体积方法采用Fluent流体计算软件对二维波浪-流传播进行了模拟分析。构造二维数值水槽模型,入口处采用UDF自编函数进行速度造波,气液相边界采用VOF方法进行追踪,在出口区设置源项函数进行消波。对微幅波和有限振幅波进行模拟计算,提取波浪、波浪+顺流和波浪+逆流三种工况下入口处和出口区的液面高度与解析解对比,验证了二维波浪-流的造波可行性和准确性。（2）在二维波流数值模拟的基础上,进一步讨论了三维波流数值模拟技术,为海工结构分析提供波流荷载。基于平板物理水槽实验,对其进行三维数值水槽建模分析,计算流体对平板底部的浮托力,并与水槽实验结果对比,初步验证了三维水槽造波的可行性。进一步采用某跨海桥梁模型主墩区结构进行波浪-流荷载模拟分析,计算了不同潮差条件（即地表有、无冲刷）下不同水位高度（即常遇水位和百年一遇水位）时桥墩结构的浮托力和桩水平力等,与物理水槽实验数据进行对比,验证了三维波流数值模拟的有效性。（3）采用Biot多孔介质模型,通过集中质量显式有限元结合多次透射人工边界分析了三维波浪-流荷载作用下饱和海床的动力响应。分别考虑饱和土为线性和非线性两种情形,利用“扩展Masing”法则修正下的Davidenkov骨架曲线模型来描述饱和土骨架非线性,分析了不同波浪-流工况下饱和海床的响应。（4）通过自编FORTRAN程序实现波浪-流联合作用下三维饱和海床-结构相互作用的整体分析,并对某实际跨海桥梁进行了分析。采用集中质量显式有限元方法结合多次透射边界进行饱和海床模拟,采用隐式时步积分方法进行上部结构分析,两者可采用不同时间步距,通过基础对土体和结构进行耦合。对某实际跨海桥梁的桥墩模型进行了分析,表明了该方法的实用性。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张洪翔

导师: 陈少林

关键词: 方法,波浪流联合作用,跨海桥梁,饱和海床结构相互作用,显隐式积分方法

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 南京航空航天大学

分类号: P75

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000212

总页数: 108

文件大小: 17643K

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