波浪载荷作用下浮式栈桥水动力及运动响应特性研究

摘要

21世纪被称为“海洋世纪”，将浮式结构物用于海洋资源和空间的开发得到了大批海洋工程界研究学者的关注。由于海岸及近海工程的场地和地基条件比较恶劣，交通运输和物质的装卸在施工前期存在较大的困难，因此考虑利用浮式栈桥解决上述问题。浮式栈桥系统通常布置于近岸水域，用于人员行走、海上卸载及向岛岸输送物资。
　　本文采用基于三维势流理论的AQWA软件开展了单浮箱及浮式栈桥系统的水动力及运动响应研究。
　　对单浮箱微幅波诱导下的水动力进行了分析，得到频域内附加质量、辐射阻尼、一阶波浪力、平均二阶漂移力于不同水深、不同入射浪向角下的变化规律。基于水动力结果，完成了浅水中单浮箱系泊系统设计，通过计算规则波入射时，90°~180°间4个入射角，2.5s~7.5s间11个波浪周期，计算了单浮箱的运动RAO。结果表明为保证较小的垂荡值，浮箱布置可沿入射波方向；为保证较小的艏摇角，浮箱布置应避免与来浪呈120°的入射角。
　　对轻载浮式栈桥系统的水动力参数及运动响应进行了计算及比较。在作业状态的最高海况下，计算了180°入射角，4.0s~8.0s间5个波浪周期下，相邻浮箱的最大相对纵荡值及最大相对垂荡值。当波长约为1倍浮箱长时相对纵荡值较小，当波长为1.5倍浮箱长时相对纵荡值较大。另着重对6.0s波浪周期下，栈桥系统中的浮箱与单浮箱的纵荡中心位置做了对比分析。在生存状态的最高海况下，计算了不同波浪周期下系泊系统的安全系数，结果显示其满足要求。在一定的波浪周期下，计算了0.5 m、1.0 m、1.5m、2.0 m四个波高下栈桥的运动响应，比较了相邻浮箱的最大相对纵荡值及最大相对垂荡值，并分析了浮箱间距的时历曲线，得出了变化规律。
　　设计了重载浮式栈桥的连接装置，对50m平台进行了水动力分析并初步设计了锚泊系统。通过计算7.0s~9.0s间5个波浪周期，1.0m~2.5 m间4个波高，研究了重载浮式栈桥及其系泊系统的耦合动力响应，对相邻浮体连接处的夹角进行了分析。当波浪周期为8.0s时，50 m平台与重载浮箱夹角的变化最小，在9.0s时最大。当波高为1.0 m和1.5m时，重载浮箱与50 m浮箱最小夹角出现在8.0s波浪周期时，当波高为2.0 m和2.5m时，重载浮箱与50m浮箱最小夹角出现在7.5s波浪周期时。
　　本文建立了海上浮式栈桥性能计算模型及相关分析，结果可为浮式栈桥的设计提供参考依据。

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第1章 绪论

1. 1 研究背景与意义

1. 2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 AQWA简介

1. 4 本文主要研究内容

第2章 浮式结构物水动力及运动响应计算的理论基础

2. 1 概述

2. 2 三维势流问题的解

2. 3 水动力计算分析理论

2. 4 多浮体水动力干扰的数学模型

2. 5 本章小结

第3章 波浪载荷作用下单浮箱水动力及运动响应特性分析

3. 1 引言

3. 2 单浮箱的水动力计算

3. 3 单浮箱的运动响应特性研究

3. 4 本章小结

第4章 波浪载荷作用下轻载浮式栈桥的水动力及运动响应特性分析

4. 1 引言

4. 2 轻载浮式栈桥的水动力计算

4. 3 轻载浮式栈桥的运动响应

4. 4 本章总结

第5章 波浪载荷作用下重载浮式栈桥的水动力及运动响应特性分析

5. 1 引言

5. 2 重载浮式栈桥的水动力计算

5. 3 重载浮式栈桥的运动响应

5. 4 本章小结

第6章 结论与展望

6. 1 总结

6. 2 展望

参 考 文 献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢