弹性支撑水平板波浪冲击压力试验研究

摘要

随着经济社会的不断发展，海洋资源和空间的开发加快，海洋透空式建筑物由于其特有的优势、工程需要及当地地质条件的限制等原因而日渐增多。海洋工程中的透空式建筑物会受到很多种的荷载作用，其中发生波浪冲击作用时产生一个极强的瞬时压力峰值，所以波浪冲击对其安全性有着至关重要的影响。当由于海底变形等原因造成建筑物上部结构下表面的净空不足，在较差海况下波浪作用于结构物底面上时，会对建筑物底面产生极大的瞬间波浪冲击荷载，由此产生的弹性变形及微小裂纹的积累严重威胁结构物的安全。因此，开展弹性结构物的波浪冲击研究具有较大的理论研究意义和工程应用价值。
　　本文通过物理模型试验研究了波浪对弹性支撑水平板结构的冲击作用研究。试验在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的波浪水槽中进行，试验中设计了一种在垂直方向上具有弹性支撑的水平板结构，其在波浪冲击作用下只能在竖向方向运动。入射波为规则波，波高H的范围为8～12cm，周期T的范围为1.0～1.3s，相对净空s/H的范围为0.1～0.4。试验中记录了波浪作用下水平板结构物底面的冲击压力，分析了包括弹性支撑刚度等影响因素对结构物所受冲击压力的影响。
　　文中比较分析了三个不同支撑刚度结构物模型水平和竖向波浪冲击压力历时曲线特征，着重研究了支撑刚度变化对模型竖向冲击压力历时曲线在冲击压力峰值，动水压力以及冲击过程历时三个方面的影响。冲击压力峰值幅值随着竖向支撑刚度减小而减小，而且出现时间会有所滞后，刚度较大的模型在某些周期出现了锯齿状压力峰值;支撑刚度较大模型的历时曲线中动水压力随时间振荡减小，而支撑刚度较小的模型动水压力呈现出明显的先增大后减小的特征，并且历时更长，负压出现时间延迟;由于模型支撑刚度减小后动水压力作用时间延长，所以使得整个冲击过程的历时增加。
　　通过冲击压力统计压力历时曲线中若干周期的压力峰值的平均值得到了各个测点的冲击压力特征值，给出了冲击压力沿结构物底面的分布及其随支撑刚度和相对净空的变化规律;讨论了结构物模型底面局部最大冲击压力随着模型支撑刚度、相对净空以及相对波高的变化规律。
　　根据结构物模型底面各测点的历时曲线积分得到了模型所受冲击力，研究了三个模型的冲击力历时曲线特征;通过与计算冲击压力相似的数据处理方法得到了波浪对结构物模型底面的冲击总力峰值特征值。讨论了结构物模型底面所受冲击力随着模型支撑刚度、相对净空以及相对波高的变化规律。
　　试验结果表明，弹性支撑结构物模型的冲击压力及冲击力都随着模型的竖向支撑刚度减小而减小;对支撑刚度较大的模型二者随相对净空的变化规律比较复杂，但是支撑刚度最小的模型所受冲击压力和冲击力最小，且随相对净空的变化不明显;二者都随着相对波高的增大而增大。