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《华南理工大学》 2017年
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畸形波对水平板式结构作用的数值模拟研究

黄友龙  
【摘要】:波浪冲击荷载问题是海洋工程领域的传统问题,但它同时又一直是一个前沿问题,因为随着人们对海洋环境更深入的认识,波浪冲击荷载问题又不断地出现新的挑战。这其中就包括近年来才被广泛关注的畸形波。畸形波是一种波高巨大的极端波浪,对海洋结构物和船舶均会产生巨大的破坏力。虽然国内外已有一些学者开展了畸形波与结构物相互作用的研究工作,但是大多仅限于圆柱体结构和船体结构,畸形波对板式结构物冲击作用的系统研究还有待发展。本文首先基于VOF法构建了可定时定点再现海洋畸形波现象的数值波浪环境,进而分别对简单水平板和复杂板式结构物--桥梁上部结构在畸形波作用下的受力特性进行了探索性的研究。得到的主要结果如下:(1)利用现有的模拟畸形波的理论模型成功地构建了可定时定点再现海洋畸形波现象的数值波浪环境,得到了满足严格定义且与理论值吻合良好的畸形波。同等尺度的畸形波与规则波对简单水平板的冲击过程存在较大差异,二者的板下最大冲击压强之比近1.13,若取较稳定的冲击压强三分之一峰值和平均值作为特征值,则二者的比值可以达到1.63和1.90,可见畸形波相比规则波危害更大。(2)在本文的试验范围内,畸形波对简单水平板的冲击压强与聚焦位置、板下净空和板宽的关系密切。与规则波作用下水平板所受冲击压强的随机性不同,畸形波作用下水平板有明显的受力最危险区域(即聚焦位置周围),当聚焦位置在板中时,水平板板下的最大冲击压强最大,板后次之,板前最小;板下的最大冲击压强都是随着净空的增加,呈现出先增大后减小的趋势,峰值出现在相对净空Δh/H为0.17处;在畸形波的聚焦位置为板中央的条件下,随着板宽的增大,板底压强峰值不断增大;最大冲击压强和最大浮托力不在同一工况下产生。(3)在本文的试验范围内,畸形波对桥梁上部结构的冲击力随波峰高度的增大而增大,但是主梁迎浪端的局部冲击力、最大水平力和最大力矩也对畸形波的冲击角度变化很敏感。相比于T梁桥主梁和T型箱梁,鱼腹式箱梁对于抵御波浪荷载具有较明显的优势。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TV139.2;P731.2

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