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涌潮冲击排桩式丁坝的数值模拟和动力性状研究

宋洋  
【摘要】:钱塘江排桩式丁坝在涌潮作用下的受力性状和响应特性一直是工程界比较关注的问题。本文结合现场试验,对排桩式丁坝上的涌潮压力和动力响应进行了比较系统的研究。 首先,在现场实测基础上,对试验数据进行了整理,研究了排桩式丁坝上涌潮压力随时间和空间的变化情况;并研究了排桩桩身内力的大小以及分布情况,为工程设计和后面的数值模拟及理论计算提供了可靠的参考。 其次,采用标准K—ε紊流模型和追踪自由水面的VOF方法对涌潮冲击排桩式丁坝进行了数值模拟;在已经研究出来的实际工况下的涌潮冲击丁坝全过程的流场分布、自由水面位置以及丁坝上涌潮压力随时间和空间的变化规律等成果的基础上,对涌潮高度、涌潮行进速度和潮前水位等涌潮自身因素以及丁坝两侧防护抛石的结构形态等因素,对丁坝上涌潮压力的大小,以及涌潮压力随时间和空间的变化规律的影响进行研究和分析。 再次,应用动力方法——有限差分法理论对丁坝的动力响应特性进行计算分析,通过与现场测试结果比较可知,理论计算值与实测值基本吻合,验证了该方法的精度和稳定性。应用该方法进行参数研究揭示了结构的形式、结构的刚度、土的剪切波速(即反映桩土相对刚度)对排桩式丁坝框架结构横向振动的影响。 最后,对常数法、m法和有限差分法等多种静力和动力方法计算所得的理论计算结果与试验测试结果进行了对比,并对不同计算方法所得结果的差异进行了分析。同时通过研究丁坝的位移和内力响应结果随涌潮高度的变化情况,得出了不同涌潮高度下丁坝响应的规律。建议了排桩式丁坝的结构优化计算方法,以指导排桩式丁坝的结构设计。


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