随机波浪作用下圆沉箱防波堤的动力分析模型.pdfVIP

中国科学 E 辑:技术科学 2007 年 第37 卷 第11 期: 1480~1490 SCIENCE IN CHINA PRESS 随机波浪作用下圆沉箱防波堤的 动力分析模型 ①* ② ② ③ 钟晓红 周锡礽 张 伟 肖仕宝 (①山东交通学院土木工程系, 济南 250000; ②天津大学建筑工程学院, 天津 300072; ③中交第四航务工程勘察设计院有限公司, 广州 510230) 摘要 首次将随机波浪荷载应用于圆沉箱防波堤的动力分析, 并将其动力运动 过程分为摇摆和摇摆-滑移运动两种运动模态. 引入了控制侧向滑移的阻滑板- 阻 尼器系统, 提出了一种新的摇摆-滑移动力分析模型, 建立了相应的运动方程. 根 据圆沉箱结构的特点提出了附加质量等动力参数的计算公式以及新的地基刚度 系数转换关系. 利用Fortran 语言环境编写程序, 按此动力模型和方法对工程实例 进行计算, 计算结果表明了本模型和方法对随机波浪荷载作用下圆沉箱防波堤动 力响应的数值求解的可行性和有效性. 关键词 圆沉箱 防波堤 随机波浪 动力响应 数值模拟 防波堤主要承受波浪、潮、流以及地震等动荷载的作用, 其中波浪是其主要控制荷载, 其 受力状态、工作机理或是破坏形式都具有十分明显的随机动力学特性. 传统的拟静力设计方法 是不完备的, 因此采用在随机波浪荷载作用下, 进行波浪—防波堤—地基相互作用的瞬态动 力特性的研究十分必要. 特别是随着港口经济的发展, 港口建设日益向深水化、大型化方向发 展, 深水恶劣的海洋环境对防波堤设计理论和计算方法提出了新的、更高的要求, 建立新的更 为科学、合理的防波堤动力设计理论和计算方法是必然趋势, 由此近年来防波堤的动力分析引 起了人们的普遍关注. 现阶段的防波堤动力响应研究主要集中在矩形沉箱防波堤在冲击波作用下的动力响应分 析. 早在 1965 年日本Hayashi[1] 曾提出过简单的矩形沉箱防波堤动力计算平面弹簧模型, 把地 基等效为一个弹簧, 而沉箱被弹簧所支撑, 并假设沉箱的底部没有水平运动. 1994 年Oumeraci [2] [3] 和Kortenhaus 提出了矩形防波堤动力分析弹簧-阻尼平面模型. 王元战 将矩形沉箱防波堤考 虑为一个能产生滑移、弹性振动和绕前趾和后踵摇摆运动的刚性体, 用弹簧-阻尼器系统模拟 地基作用. 本文主要针对圆沉箱防波堤在随机波浪荷载作用下的动力响应进行研究, 提出了 收稿日期: 2006-01-01; 接受日期: 2006-12-18 国家自然科学基金(批准号:和教育部博士点基金(批准号: 20020056030)资助项目 * E-mail: zhongxh1123@ 第 11 期 钟晓红等: 随机波浪作用下圆沉箱防波堤的动力分析模型 1481 一种新的摇摆-滑移动力模型, 并根据圆沉箱结构的特点提出了附加质量等动力参数的计算公 式及新的地基刚度系数转换关系, 最后以某港防波堤工程中的圆沉箱岛堤为例进行计算分析, 并与规范中的拟静态设计方法作了比较, 从中得到了一些有益的结果. 1 圆沉箱防波堤的动力计