非線性波浪作用下單樁動力響應(yīng)分析.pdf

1、隨著海洋工程的不斷發(fā)展，單樁結(jié)構(gòu)以其“工藝簡單、適用性強(qiáng)、造價合理”等各種優(yōu)點(diǎn)已被廣泛的應(yīng)用于海上風(fēng)機(jī)、潮汐發(fā)電、船舶靠泊以及浮式結(jié)構(gòu)物的錨固等各類港口及海岸工程中。對于海中的孤立樁柱結(jié)構(gòu)，波浪是一類重要的動力因素，往往會在樁柱構(gòu)件上產(chǎn)生較大的內(nèi)力及位移，因此，研究波浪對樁柱的動力作用具有重要的意義。
　　本文針對單自由度的孤立樁柱系統(tǒng)，分別應(yīng)用線性波理論、二階、三階及五階Stokes波理論對五種工況進(jìn)行了動力分析譜運(yùn)算，分析了波

2、高、周期、水深、潮流及海浪譜的變化對波浪動力譜運(yùn)算產(chǎn)生的影響，并對比了不同波浪理論結(jié)果之間的差異性隨上述因素變化的規(guī)律，得出主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)波高、周期、水深的變化均對動力譜計(jì)算產(chǎn)生較大影響，其中波高變化引起的譜均方值變幅最大，周期次之，最后是水深。當(dāng)周期和水深變化時，盡管荷載譜均方值未見明顯放大，但由于外部荷載中心頻率和振動固有頻率發(fā)生了變化進(jìn)而導(dǎo)致頻率響應(yīng)函數(shù)改變，因此亦產(chǎn)生較大的響應(yīng)。二階、三階、五階波理論與線

3、性波理論間結(jié)果的差異性隨波高、周期、水深的變化始終滿足:二階波理論與線性波理論之間略有差異性但不明顯，三階波與線性波理論之間差異最大，五階波的結(jié)果始終處于二階和三階結(jié)果之間，且不同波浪理論的計(jì)算結(jié)果在波高較大、周期相對較小及水深較深時有較大差異性，明顯此時繼續(xù)用線性波代替非線性波進(jìn)行工程計(jì)算不合理。
　　(2)當(dāng)樁徑變化時，外部波浪荷載和樁柱本身的固有屬性均隨樁徑的改變而改變，響應(yīng)均方值在樁徑的合理變化范圍內(nèi)往往會出現(xiàn)一段最優(yōu)區(qū)間

4、，在該區(qū)間內(nèi)，響應(yīng)均方值變化平穩(wěn)且值相對較小。潮流主要影響荷載中的波阻力及阻力矩，在流速相對較大時對阻力荷載有明顯的放大。同時，不同的海浪譜的選取亦會對譜動力計(jì)算產(chǎn)生較大影響，實(shí)際工程中應(yīng)結(jié)合地域特性和外部條件合理選擇計(jì)算用的海浪譜具體形式。
　　因此，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮以上各種影響因素，根據(jù)設(shè)計(jì)條件合理的選用適當(dāng)?shù)牟ɡ死碚搧磉M(jìn)行工程計(jì)算，在不同波浪理論計(jì)算結(jié)果差異較大段，基于五階波理論的動力計(jì)算結(jié)果往往既能提高精度又不至于使