波浪荷载

摘要： 大直径单桩基础是海上风电应用广泛的一种基础形式,严格控制桩基泥面处的位移是保证基础稳定和风机安全运营的关键因素。通过数值方法建立了单桩—海床的三维模型,将可以描述海洋砂土超固结性和结构性的弹塑性本构模型通过UMAT子程序嵌入有限元软件ABAQUS中,桩基承受的波浪荷载通过Morison方程进行计算模拟。针对无波浪荷载、仅作用于海床的波浪荷载、同时作用于桩基和海床的波浪荷载三种情况,分析了海床土的动力响应以及桩基的水平位移之间的差异,探讨了海床土体参数对桩基水平变形的影响。研究结果表明海床土体液化会导致桩基水平变形增加,海床土渗透性、超固结性、结构性对桩基水平位移影响显著,研究成果可为海上风电单桩基础的设计与运维提供参考。

摘要： 活荷载简称活载,也称可变荷载,是施加在结构上的由人群、物料和交通工具引起的使用或占用荷载和自然产生的自然荷载。如工业建筑楼面活荷载、民用建筑楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载、车辆荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、裹冰荷载、波浪荷载等均是。

摘要： 为分析斜向波浪对跨海桥箱梁的影响,提出斜向波浪作用下跨海桥箱梁所受波浪荷载的理论计算方法。该方法基于势流理论建立斜向波浪-桥梁作用的数学模型,利用特征展开匹配法及伯努利原理计算箱梁所受的斜向波浪荷载。以平潭海峡公铁大桥为背景,对比分析淹没状态下箱梁的无量纲波浪荷载理论计算值与水槽试验值,验证所提出理论计算方法的准确性,分析波浪入射角和结构几何特征参数对斜向波浪荷载的影响规律。结果表明:所提出的跨海桥箱梁斜向波浪荷载计算方法准确、高效;波浪入射角对箱梁所受波浪荷载有显著影响,由长周期波浪引起的垂直波浪荷载对入射角的变化更为敏感;在斜向波浪作用下,结构的几何特征对箱梁所受水平方向波浪荷载的影响更为显著。在跨海桥箱梁设计时,建议考虑结构尺寸与斜向波浪入射角对波浪荷载的影响,通过结构优化与合理的桥位布置来降低波浪荷载对桥梁上部结构的影响。

摘要： 针对独柱墩-自浮式防船撞装置耦合体系,开展室内波浪力试验并总结相关规律,利用试验结果验证校准AQWA数值模型。根据结构所受波浪压强的分布情况,利用Morison公式提取相应的荷载并得到结构水动力系数。考虑波浪高度、波浪周期、防撞装置断面形式和大小、防撞装置自浮比等影响因素,计算结构惯性力系数和接触力系数与相关因素的定量关系。研究表明:自浮式防撞装置起伏运动产生辐射波浪,使墩柱波压强数值偏大但不改变总体分布趋势。结构间接触力随机变化,可把结构接触力与墩柱波浪力之间的比值定义为接触力系数。计算得耦合体系中墩柱的惯性力系数达到2.175左右,防撞装置的惯性力系数达到2.125左右,接触力系数达到1.340左右。

摘要： 插入式钢圆筒结构作为新型水工结构被广泛应用于人工岛的建设中。较大的波浪荷载会威胁钢圆筒的施工期稳定,由于钢圆筒结构承受着土压力、波浪荷载的多重作用,常规的模型试验无法说明其工作机理,而土工离心模型试验可通过改变重力加速度达到结构和土体同步缩尺的目的,是岩土工程中最可靠的试验方式。依托深中通道西人工岛的钢圆筒工程,开展了离心模型试验,明确了波浪荷载作用下插入式钢圆筒结构的变位特点、土压力和筒身拉应变等特征值的分布特性。研究表明:在波浪荷载下钢圆筒的失稳模式主要为倾覆破坏,而非整体平移;无论是在筒壁处还是在土中,海侧的土压力逐渐减小,陆侧的土压力逐渐增加,且陆侧土压力大于海侧;筒体中心线处的环向拉应变,随筒深的增加逐渐增大,在筒底位置达到最大值,陆侧处则筒体上部的最大。

摘要： 为研究海上风电联结变压器在波浪作用下的振动特性及疲劳安全性能,以某公司生产的联接变压器为依据建立仿真模型,采用线性波理论和Morison方程建立起波浪荷载的加速度时程,对模型进行了动力时程分析。结合雨流计数法,采用S-N曲线和Miner线性累积损伤理论与分析方法对应力薄弱部位进行了疲劳分析。结果表明,在波浪荷载下结构的应力主要集中在升高座与油箱的连接部位,外伸结构如联管的位移较明显,结构在设计寿命期不会疲劳破坏。

摘要： 波浪冲击海岸结构物时往往会发生破碎,水的流态也从层流转变为湍流。基于开源计算流体力学工具OpenFOAM建立了数值波浪水槽,使用层流模型和浮力修正的k-ωSST湍流模型模拟弧形防浪墙上的波浪载荷。采用3组网格分析了弧形防浪墙上指定位置处的点压力,验证计算结果的收敛性。为了比较基于层流模型和湍流模型计算结果的精度,将弧形防浪墙上指定位置处的点压力和弧形防浪墙受到的总力的数值结果与相应的试验数据进行比较。结果表明,采用浮力修正的k-ωSST湍流模型可以提供更准确的预测结果。

摘要： 在风、浪的长期耦合作用下,海上风电结构的振动问题不仅会影响发电机组的电能输出,还会加剧结构的累积疲劳损伤,危害结构安全。为更加科学、合理地认识近海风电结构的动力特性,该文通过考虑风轮-机舱组件(rotor-nacelle assembly,RNA)运行作用及风、浪相关性,采用Von Karman风谱模型模拟湍流风场并计算气动荷载,通过莫里森方程求取单桩基础结构的波浪荷载,对NREL 5MW单桩风电塔进行动力响应分析,对比其在不同状态下的动态行为模式;通过批处理程序,开展对近海风电结构在3 m/s~30 m/s风速范围内的响应计算,探究RNA运行作用下近海风电结构位移、加速度响应随风速的变化规律。结果表明:近海风电结构在不同工作状态下的动力响应具有不同的频谱特征,其位移、加速度峰值响应会被RNA运行作用放大。

摘要： 波浪荷载下海工混凝土涂层界面气泡初始损伤演化是涂层发生力学剥蚀的主要形式之一。基于内聚力行为接触属性模拟方法,建立考虑气泡初始损伤半径及间距的弹塑性涂层初始损伤数值模型,分析气泡初始损伤半径、间距对演化的影响,探讨混凝土涂层界面气泡初始损伤演化规律。结果表明:波浪荷载作用下,单气泡初始损伤应力应变随半径增大而增大,并沿半径方向向外逐渐减小;气泡间存在汇聚现象,当两气泡间距大于11倍气泡半径时,气泡初始损伤相互作用微弱。

摘要： 获奖情况:2022年中国安装协会科学技术进步奖一等奖一、成果研究背景海上风电场因具有不占用土地资源、基本不受地形地貌影响、海上风速高、风电机组单机容量大等优点,已成为我国风电开发的重要方向。但由于海上风电场地理位置独特,自然条件复杂,风机机组及基础等长期处于诸如风荷载、波浪荷载等随机动荷载作用下,易发生结构损伤。为了保证海上风电场建筑物结构长期服役的安全性、完整性、适用性和耐久性,亟需开展海上风电工程结构安全监测研究。海上风电场实景图见图1。

摘要： 基于势流理论,采用匹配特征函数展开法对微幅波与T型透空式防波堤相互作用的速度势进行线性求解.针对流场中结构物尖角附近流体运动的奇异性行为,将不同区域公共边界上的速度分布函数分别以切比雪夫多项式和盖根堡多项式近似展开.通过与他人的理论及实验结果进行对比,验证了方法的正确性.在忽略海底地形及垂向薄板厚度的条件下,综合讨论T型结构物的不同几何尺寸对波浪荷载及反射系数与透射系数的影响.计算结果表明,水平板的几何尺寸会显著影响反、透射系数及结构物所受的波浪力,而垂向薄板的位置仅对垂向波浪荷载影响较大.

摘要： 海上升压站投资大,结构重要性等级高.采用MATLAB程序,计算Morison方程得出作用在升压站平台的波浪动力载荷,选用p-y法建立土体的非线弹性本构模型,并采用有限元软件对在波浪动载荷作用下平台结构的动力响应进行分析.通过计算可知:考虑结构动力响应结果与静力结果有一定差别,尤其是波浪谱峰频率与自振频率接近时,仅对其进行静态分析是不够的,其结果偏于危险.随机波浪荷载的波高、周期及激励方向的改变,对结构的动力响应的影响较大.响应随着波高增大而增大;在一定范围内存在临界周期,不同的波浪周期,响应并不一致,小于临界周期,响应比其临界周期大.当波浪方向坐标系与平台固定坐标系的夹角为0°时,所引起的升压站平台结构响应最大.

摘要： 基于典型的冲刷坑形态,通过改变冲刷深度,对单桩、五桩和九桩进行了冲刷前后波浪力试验,研究了波浪荷载的变化规律.根据试验数据,对Morison公式的速度力系数和惯性力系数进行修正.结果表明,随着冲刷深度增大,桩基础所受波浪荷载总体呈减小趋势.同一冲刷深度条件下,桩基础所受波浪荷载随着水深增大而变小.《海港水文规范》速度力系数和惯性力系数取值相对保守,规范计算得出的速度力和惯性力约是试验室实测值的2.7倍和2.1倍.

摘要： 为了研究海床颗粒直径与孔隙率对单桩所受波浪荷载的影响,通过波浪水槽试验,模拟波浪、海床与单桩之间的相互作用,固定相同水深,选用5种不同的土体,通过改变造波频率,采用压力传感器来得到作用在单桩上的波浪力.通过试验可以知道:①随着H、T(H/gT2)的不断增长,△P总体上呈不断上升的趋势且水深较小的情况下受到的压力比较大;②随着颗粒直径的增大,△P不断减小;③平板受到的△P与直径为1mm土体的△P大致相等,且随孔隙率不断增大,△P大体呈下降趋势,但并非始终保持下降,仍需要进一步的研究.

摘要： 中国南海近海油气开采主要以导管架式固定平台为主,平台工作水深一般在100～200m之间.水深越深,波浪荷载作用下导管架平台的运动幅值越大,结构的动力响应越发明显,由此产生的动力荷载对结构设计的影响也越大.在海洋平台工程设计中,一般采用准静力的方法,通过动力放大系数(DAF)考虑平台动力响应荷载对结构强度设计的影响.本文介绍了计算动力放大系数的理论依据和计算方法,并将数值模拟与经验公式结果进行分析、对比,探讨此两种工程设计方法的差别和适用范围.

摘要： 针对海洋装备易损性结构特点,考虑海洋荷载的随机性统计特征,提出了一种基于原型监测的海洋结构疲劳性能分析方法,基于短期的结构响应现场实测结果,同步监测海洋环境荷载,结合结构设计指标和规范等,对于软刚臂单点系泊系统上部铰接点疲劳特性开展研究.通过有限元建模分析,获取典型应力响应时程,对关键铰点位置进行疲劳损伤评估.仿真结果显示,所提出的方法可以较准确地分析海洋工程结构受波浪荷载作用的疲劳损伤问题.对于其他受波浪荷载作用的海洋工程结构疲劳分析具有较好的拓展性.

摘要： 海上风机基础坐落在海床上,承受了大量的波浪和波流荷载,研究风机基础在波浪、波流荷载作用下的受力情况,对于风机基础的安全性有着重要的意义.本文对以往相关研究成果做了回顾,以某风电项目为例,开展波流力物理模型试验,测量了风机基础所受波浪压强、波流水平力和底部浮托力,并将物理模型试验值、规范计算值进行比较,分析两者之间的差异,为工程设计提供依据.

摘要： 海上风机基础坐落在海床上,承受了大量的波浪和波流荷载,研究风机基础在波浪、波流荷载作用下的受力情况,对于风机基础的安全性有着重要的意义.本文对以往相关研究成果做了回顾,以某风电项目为例,开展波流力物理模型试验,测量了风机基础所受波浪压强、波流水平力和底部浮托力,并将物理模型试验值、规范计算值进行比较,分析两者之间的差异,为工程设计提供依据.

摘要： 海上风机基础坐落在海床上,承受了大量的波浪和波流荷载,研究风机基础在波浪、波流荷载作用下的受力情况,对于风机基础的安全性有着重要的意义.本文对以往相关研究成果做了回顾,以某风电项目为例,开展波流力物理模型试验,测量了风机基础所受波浪压强、波流水平力和底部浮托力,并将物理模型试验值、规范计算值进行比较,分析两者之间的差异,为工程设计提供依据.

摘要： 海上风机基础坐落在海床上,承受了大量的波浪和波流荷载,研究风机基础在波浪、波流荷载作用下的受力情况,对于风机基础的安全性有着重要的意义.本文对以往相关研究成果做了回顾,以某风电项目为例,开展波流力物理模型试验,测量了风机基础所受波浪压强、波流水平力和底部浮托力,并将物理模型试验值、规范计算值进行比较,分析两者之间的差异,为工程设计提供依据.

摘要： 本发明公开了一种研究破碎波浪对圆柱的砰击荷载及压强分布的实验装置，包括实验水槽、设于实验水槽底部的斜坡模型、设于实验水槽上的导轨、以及设于导轨上的圆柱结构模型；所述的圆柱结构模型可沿实验水槽的导轨滑动，以实现在不移动斜坡模型的情况下，改变圆柱结构与波浪破碎点的相对位置。所述实验装置能够实现波浪沿着不同坡度传播进而破碎的过程，如果需要改变入射波传播坡度，只需调节迎浪向铝合金型材以及铝合金型材上铺设钢板的总长度；所述实验装置能够测量相同波浪条件下不同位置处的波浪砰击荷载，只需通过调节滑块的位置；所述实验装置能够测量波浪砰击压强沿圆柱体表面的分布，只需在预先留好的螺栓孔上安装压强传感器。

摘要： 本发明公开了一种研究波浪对六自由度浮式平台的砰击荷载的实验装置，包括实验水槽、设于实验水槽底部的锚泊系统模型、设于实验水槽内的浮式平台模型、设于实验水槽上方的六自由度运动导轨以及设于水槽侧面的高速摄像机。本装置不仅可以测量在波流耦合作用下浮式平台的六自由度运动响应，而且通过与浮式平台模型浮筒以及锚链连接的测力传感器，可以测量锚链上的张力变化，同时可以考虑不同气隙高度的影响，利用布置在立柱表面以及甲板底部的压强传感器测量砰击压力的分布规律，有利于模拟海上浮式平台在不同环境条件下所受到的荷载及压力分布规律。

摘要： 本发明公开了一种研究破碎波浪对导管架平台的砰击荷载及压强分布的实验装置，所述装置包括实验水槽、设于实验水槽底部的斜坡模型、设于实验水槽上的导轨、设于实验水槽导轨上的连接结构、以及设于连接结构上的导管架平台模型；所述的导管架平台模型可沿导轨滑动，以实现在不移动斜坡模型的情况下，研究导管架模型与波浪破碎点相对位置对砰击荷载的影响。本发明装置只需改变底部斜坡模型的角度与长度，就能够研究不同破碎程度波浪对导管架平台的砰击作用；所述实验装置能够测量破碎波砰击压强沿导管架模型主腿、平台甲板及桁架支撑结构的分布规律，只需在预先留好的螺纹孔上安装压强传感器即可。

摘要： 本发明公开了一种波浪或地震荷载下的预应力调谐质量阻尼器设计安装方法，包括根据风力发电机的材料参数和几何参数以及风力机塔筒结构的动力参数，计算得到预应力调谐质量阻尼器的参数的步骤。采用以上技术方案，基于风力发电机的参数，经过一些列计算得到预应力调谐质量阻尼器的参数，再根据参数选取对应的预应力调谐质量阻尼器安装到风力机塔筒上，从而能够突破陆地超高风力机塔筒因波浪、地震振动易引发风电机组疲劳破坏、塔筒安全难以保障的难题，实现对风力机塔筒振动合理有效、经济实用、安全可靠的控制。

摘要： 本发明公开了一种研究破碎波浪对圆柱的砰击荷载及压强分布的实验装置，包括实验水槽、设于实验水槽底部的斜坡模型、设于实验水槽上的导轨、以及设于导轨上的圆柱结构模型；所述的圆柱结构模型可沿实验水槽的导轨滑动，以实现在不移动斜坡模型的情况下，改变圆柱结构与波浪破碎点的相对位置。所述实验装置能够实现波浪沿着不同坡度传播进而破碎的过程，如果需要改变入射波传播坡度，只需调节迎浪向铝合金型材以及铝合金型材上铺设钢板的总长度；所述实验装置能够测量相同波浪条件下不同位置处的波浪砰击荷载，只需通过调节滑块的位置；所述实验装置能够测量波浪砰击压强沿圆柱体表面的分布，只需在预先留好的螺栓孔上安装压强传感器。

摘要： 本发明公开了一种研究波浪对六自由度浮式平台的砰击荷载的实验装置，包括实验水槽、设于实验水槽底部的锚泊系统模型、设于实验水槽内的浮式平台模型、设于实验水槽上方的六自由度运动导轨以及设于水槽侧面的高速摄像机。本装置不仅可以测量在波流耦合作用下浮式平台的六自由度运动响应，而且通过与浮式平台模型浮筒以及锚链连接的测力传感器，可以测量锚链上的张力变化，同时可以考虑不同气隙高度的影响，利用布置在立柱表面以及甲板底部的压强传感器测量砰击压力的分布规律，有利于模拟海上浮式平台在不同环境条件下所受到的荷载及压力分布规律。

摘要： 本发明公开了一种一种用于波浪荷载作用下的桩基动力稳定性分析计算方法，包括如下的步骤：通过整理得到非齐次形式的Mathieu方程，求解得到参数共振的临界频率和失稳荷载。通过本发明解析解与有限元模拟的计算结果对比，验证了理论推导的正确性。通过计算结果分析表明：桩顶荷载P0和桩身入水深度对失稳荷载影响比较大，但同时失稳荷载也受共振频率的影响；桩侧土体抗力系数m对参数共振频率影响最大，随m的增大，参数共振的失稳频率快速增大，可以有效提高桩身的稳定性，桩身质量M和土体剪切刚度G对桩身的失稳频率相对影响较小，但也不可忽视；桩径、波长和波高等因素对振幅的影响不同，可根据具体工程实际来调整，以提高桩身稳定性。

摘要： 本发明涉及控制系统领域，具体公开了一种基于波浪荷载的海洋平台动力控制系统及方法，包括勘探机构和牵引缆绳，所述勘探机构的外侧固定安装有筒形外罩，所述筒形外罩的外侧设置有环形板，所述筒形外罩的外壁设置有若干个滑动板，所述滑动板与环形板之间设置有上挡板、下挡板和推动杆，所述上挡板位于下挡板的上端面，所述下挡板的远离勘探机构的一端与环形板的内壁转动连接，所述推动杆的靠近勘探机构的一端与滑动板的外壁转动连接，所述下挡板与推动杆之间相对的一端转动连接。本发明通过设置的下挡板和推动杆对水平方向的波浪荷载进行调节，使勘探机构在水平方向上位于待勘探的区域内。

摘要： 本发明公开了一种模拟波浪荷载作用下海床响应的概率计算方法，先确定土性参数的统计规律及空间结构特征，对获取的土性参数采用基于Karhunen‑Loeve展开方法进行随机场离散，得到多维随机场；确定波浪参数，根据确定的波浪参数采用JONSWAP谱对随机波浪荷载进行模拟；对多孔弹性海床进行建模，完成多孔弹性海床的模型建立，然后确定土体液化判定准则；将建立的多孔弹性海床模型耦合得出的随机波浪荷载与得出的土性参数多维随机场对海床进行分析计算，获得海床响应结果，根据液化判定准则及统计特征得出当前多孔弹性海床响应及液化风险的概率数据。本发明充分考虑了海床沉积物参数的空间变异特征以及波浪荷载的随机性，为海床响应定量评价提供理论决策框架。

摘要： 本发明公开了一种一种用于波浪荷载作用下的桩基动力稳定性分析计算方法，包括如下的步骤：通过整理得到非齐次形式的Mathieu方程，求解得到参数共振的临界频率和失稳荷载。通过本发明解析解与有限元模拟的计算结果对比，验证了理论推导的正确性。通过计算结果分析表明：桩顶荷载P0和桩身入水深度对失稳荷载影响比较大，但同时失稳荷载也受共振频率的影响；桩侧土体抗力系数m对参数共振频率影响最大，随m的增大，参数共振的失稳频率快速增大，可以有效提高桩身的稳定性，桩身质量M和土体剪切刚度G对桩身的失稳频率相对影响较小，但也不可忽视；桩径、波长和波高等因素对振幅的影响不同，可根据具体工程实际来调整，以提高桩身稳定性。