分享小天地之——破碎波沖擊作用下沉箱式防波堤振動(dòng)-搖擺運(yùn)動(dòng)分析

今天小編和大家分享的是破碎波沖擊作用下沉箱式防波堤振動(dòng)-搖擺運(yùn)動(dòng)分析。

振動(dòng)與沖擊破碎波沖擊作用下沉箱式防波堤振動(dòng)搖擺運(yùn)動(dòng)分析王兀戰(zhàn)王強(qiáng)天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津300072解放軍海軍后勤學(xué)院。天津300456運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行數(shù)值摸擬。研究了搖擺運(yùn)動(dòng)對(duì)防波堤位移轉(zhuǎn)角滑移力和傾覆力距的影響。結(jié)果明當(dāng)傾覆力距大于防波堤的穩(wěn)定力矩時(shí)，防波堤并不定發(fā)生傾倒破壞；只有當(dāng)防波堤搖擺運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角大于傾倒的臨界角時(shí)，防波堤才會(huì)發(fā)生傾倒破壞。而且搖擺運(yùn)動(dòng)可有效減小防波堤的滑移力和傾覆力矩。故在限設(shè)計(jì)破碎波浪條件下可考慮允許防波堤出現(xiàn)搖擺運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)更為經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　0引言沉箱式防波堤是經(jīng)常使用的種結(jié)構(gòu)型式，它具有穩(wěn)定性好節(jié)省材料適用于大水深等特點(diǎn)。此外，沉箱式結(jié)構(gòu)易于開發(fā)成各種功能的新型防波堤結(jié)構(gòu)，如具有消波功能的開孔沉箱式防波堤，具有環(huán)境保護(hù)功能的海水交換型陽波堤，具有發(fā)電功能的波能轉(zhuǎn)換防波堤人觀光的親水性防波堤等似，沉箱防波堤的動(dòng)力分析引起人們的普遍重視。
　　在破碎波沖擊作用下，沉箱式防波堤可能的運(yùn)動(dòng)形式包括種彈性振動(dòng)滑移運(yùn)動(dòng)和搖擺運(yùn)動(dòng)。
　　根據(jù)大比尺模型試熗給出了破碎波沖山力作，程模型。采，用彈簧阻汜器支承的剛體運(yùn)動(dòng)模型對(duì)防波堤的彈性振動(dòng)動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了分析，防波堤地基動(dòng)力模型只考慮了彈性振動(dòng)，沒有考慮防波堤的滑移和搖擺記動(dòng)4也付沖心荷4戈作用1沉箱式防波堤的響應(yīng)進(jìn)廳研究，給出滑移量估算的簡化方法，何沒有考慮防波堤的搖擺運(yùn)動(dòng)。丁心，等應(yīng)⑴非線性模型付沉鍆式防波堤的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算，研究了防波堤的動(dòng)力響應(yīng)對(duì)有效波浪力使沉箱滑移的力的影響，給出了防波堤滑移量者2也對(duì)破碎波沖擊作用下防波堤的動(dòng)力響應(yīng)特，性進(jìn)丁研光，建了防波堤振動(dòng)滑移運(yùn)動(dòng)分析模型，可對(duì)防波堤振動(dòng)滑移運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行模擬，給出滑移但也沒有考慮防波堤的搖擺運(yùn)動(dòng)。
　　在破碎波沖擊作用下，當(dāng)滑移力大于防波堤與地基之間的摩擦力時(shí)，防波堤必然出現(xiàn)滑移運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)中允許防波堤出現(xiàn)定的滑移位移，這是目前許多正在研究探討的問。但是，當(dāng)傾覆力矩大于防波堤重力的穩(wěn)定力矩時(shí)目前定義為傾覆破壞，防波堤并不定傾倒，只是產(chǎn)生搖擺運(yùn)動(dòng)。只有當(dāng)搖擺角大于防波堤傾倒的臨界角時(shí)，防波堤才會(huì)出現(xiàn)傾倒破壞。而且搖擺記動(dòng)轉(zhuǎn)可恢復(fù)其原平衡位置，但滑移位移+能恢，從這種意義講，研究允許防波堤出現(xiàn)搖擺運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法具有更實(shí)際的意義。本文在前面工作的坫礎(chǔ)上進(jìn)步建立沉箱式防波堤彈性振動(dòng)搖擺運(yùn)動(dòng)分析模型，可對(duì)破碎波沖擊作用下防波堤的彈性振動(dòng)搖擺運(yùn)動(dòng)過枰進(jìn)行數(shù)值模擬。
　　并研究了搖擺運(yùn)動(dòng)對(duì)防波堤位移轉(zhuǎn)角滑移力和傾覆力矩的影響。為在限設(shè)計(jì)破碎波浪條件下考慮允許防波堤出現(xiàn)搖擺運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法提供理論基礎(chǔ)= 1沉箱彈性振動(dòng)搖擺運(yùn)動(dòng)分析模型前在沉筘式防波堤動(dòng)力分析中?？蓪⒊料潆茸髟趶椥缘鼗献魉睫D(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)的剛體地基用彈簧阻尼器系統(tǒng)代替。本文采用的沉箱式防波堤彈性振動(dòng)搖擺運(yùn)動(dòng)分析模型1.冊(cè)為防波堤質(zhì)量，其中包括附加水體質(zhì)量；為防波堤對(duì)重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；階為沉箱振動(dòng)時(shí)的附加土體質(zhì)量。和；分別為防波堤附加土體質(zhì)量的水平運(yùn)動(dòng)位移；9為防波堤的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角，和〃分別為地基的等效水平彈性常數(shù)和阻尼系數(shù)；知和，分別為地基的等效轉(zhuǎn)角彈性常數(shù)和阻尼系數(shù)。場版分別為波浪合力作用高度和防波堤重心高度。5為防波堤的寬度。戶，為破碎波沖擊力，實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場觀測資料231明，作用于沉箱上的破碎波沖擊力時(shí)程可用沖擊荷載和接下來托力對(duì)防波堤底部形心的力矩為批在破碎波沖擊作用下沉箱發(fā)生運(yùn)動(dòng)。在動(dòng)力分析中。防波堤受到的動(dòng)力矩風(fēng)，傾覆力矩由波浪力矩和防波堤慣性力矩兩部分組成。防波堤的穩(wěn)定力矩為成十本為防波堤蜇心到前趾穴，或后趾的距離9=出仙52他。為防波堤傾倒的臨界角。
　　假設(shè)，當(dāng)作用于沉箱上的動(dòng)力矩小于防波堤的重力穩(wěn)定力矩時(shí)。沉箱連，附加七體質(zhì)量在地基上作彈性水轉(zhuǎn)角耦合振動(dòng)當(dāng)作用于沉箱上的動(dòng)力矩人于防波堤的重力穩(wěn)定力矩時(shí)，沉箱將部分脫離地基，繞前趾，或后趾作搖擺運(yùn)動(dòng)。
　　2沉箱的彈性振動(dòng)搖擺運(yùn)動(dòng)方程4應(yīng)階3，1方法求解方程2.可得系統(tǒng)的位移速度加，度響應(yīng)時(shí)由式34可計(jì)算出防波堤的滑移力和傾覆力矩，當(dāng)作7沉箱上的動(dòng)力識(shí)大于防波堤的誑力穩(wěn)定力矩時(shí)，沉箱將繞后趾或前趾，作搖擺運(yùn)動(dòng)。沉箱繞后趾的搖擺運(yùn)動(dòng)以呈為沉箱繞前趾，的搖擺運(yùn)動(dòng)方程為其中，乃為防波堤對(duì)后趾7或前趾及的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
　　搖擺運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。防波設(shè)的滑移力為j.Q=PUHW2mAsS.if7搖擺運(yùn)動(dòng)狀態(tài)5.防波堤的傾覆力矩為在式78中，當(dāng)防波坭繞及點(diǎn)搖擺運(yùn)動(dòng)時(shí)取號(hào)，當(dāng)防波堤繞，點(diǎn)搖擺運(yùn)動(dòng)時(shí)取+號(hào)。應(yīng)用階心1財(cái)1方法求解方程56.可得系統(tǒng)的位移速度加速度響應(yīng)時(shí)程。由于78可計(jì)算出防波堤的滑移力和傾覆力矩。
　　根據(jù)前述沉箱式防波堤彈性振動(dòng)搖擺運(yùn)動(dòng)分析校型假設(shè)。當(dāng)作用于沉箱上的動(dòng)矩小丁。防波堤的重力穩(wěn)定力矩時(shí)，沉箱連同附加土體質(zhì)量在地基上作彈性水平轉(zhuǎn)角耦合振動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方程為其中。從0足波浪力矩包牯破碎波沖擊力和波浪浮托力產(chǎn)生的力矩。
　　彈性振動(dòng)狀態(tài)下。作用于防波堤。的用干滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算的力滑移力為彈性振動(dòng)狀態(tài)下，作用于防波堤上的動(dòng)力矩印3破碎波沖擊力，程搖擺運(yùn)動(dòng)結(jié)束后。系統(tǒng)將再次進(jìn)入彈性狀態(tài)。其運(yùn)動(dòng)仍由方程2控制。
　　意禮以此為基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)對(duì)防波堤進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。
　　鋼筋浞凝土內(nèi)填砂和地基1的質(zhì)1密度分別為重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1=3100.0幾地基動(dòng)十附加質(zhì)量講，=16.，1化。附加水質(zhì)量和地基動(dòng)土附加質(zhì)量參照文獻(xiàn)2的方法確定。
　　根據(jù)0，141的建議，地基水平和轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧常數(shù)分別為長度。，1為地基水個(gè)反力系數(shù)，般在120001階13之本文取。1.=設(shè)地基水平和轉(zhuǎn)加沮尼比515.則地基的水平和轉(zhuǎn)角阻尼系數(shù)分別為c iii.sm破碎波沖擊力時(shí)程3.波浪力矩0包括破碎波沖擊力和波浪浮托力產(chǎn)生的力矩。為Mt=HrPt+Mut其中，鍰，為波浪浮托力產(chǎn)生的力矩。
　　假設(shè)波浪浮托力的變化時(shí)程與水平?jīng)_擊力相同。
　　其幅值采用文獻(xiàn)1給出的山1方法1算。較人介力矩風(fēng)=265以1.對(duì)防波堤后趾1點(diǎn)的力矩定。義防波堤的位移動(dòng)力放大系數(shù)轉(zhuǎn)角動(dòng)力放人系數(shù)兄?；屏?dòng)力放大系數(shù)辦和傾覆力矩動(dòng)幾七為破碎波沖山力幅伉。
　　應(yīng)用前述算模型對(duì)沉箱在破碎波作用下的彈性振動(dòng)搖擺運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了計(jì)算。47針對(duì)基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)階自振周期7=，分別給出了彈性振動(dòng)模甩和彈性振動(dòng)搖擺運(yùn)動(dòng)校甩不。沉箱的位移轉(zhuǎn)角滑移力和傾覆力矩的時(shí)程響應(yīng)曲線。
　　階內(nèi)振周期乃分別給出了彈性振動(dòng)校型和彈性振動(dòng)搖擺運(yùn)動(dòng)模型下，沉箱的位移轉(zhuǎn)角滑移力和傾覆力矩的時(shí)程響應(yīng)曲線。
　　農(nóng)1給出駐本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和增加地基剛度結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的破碎波沖擊力，沉箱的位移轉(zhuǎn)角滑移力和傾覆力矩的動(dòng)力響應(yīng)幅值。
　　力放大系數(shù)兄，分別為運(yùn)動(dòng)模型水平位移撕結(jié)構(gòu)1結(jié)構(gòu)2轉(zhuǎn)角位移度結(jié)構(gòu)1結(jié)構(gòu)2滑移力砂，0結(jié)構(gòu)1結(jié)構(gòu)2傾覆力矩咖m m結(jié)構(gòu)1結(jié)構(gòu)2剛性結(jié)構(gòu)彈性振動(dòng)振動(dòng)搖擺運(yùn)動(dòng)注中結(jié)構(gòu)1為基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2為增加地基剛度結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
　　4結(jié)語木文建立沉鍆式防波堤彈性振動(dòng)搖擺運(yùn)動(dòng)分析模甩，廣對(duì)破碎波沖山作用1防波堤的彈性振動(dòng)搖擺運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行數(shù)值模擬，給出防波堤位移轉(zhuǎn)角泔移力和傾漫力矩的響應(yīng)時(shí)利并提出了1限設(shè)計(jì)破碎波浪條件下。允許防波堤出現(xiàn)搖擺運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新概念，⑴沉筘式防波堤的動(dòng)力特性對(duì)滑移力和傾覆力傾覆乃矩時(shí)程曲線。=0.34矩有較大影響較大。沉箱地基系統(tǒng)的自振周期與破碎波沖擊力周期接近時(shí)，有效滑移力幅值可達(dá)破碎沖擊力幅值的1.44倍，傾覆力矩幅值可達(dá)波浪力矩幅值沖擊力周期之比值約大于2.0左右時(shí)?；屏蛢A覆力矩幅值會(huì)小于破碎波沖擊力幅值和波浪力矩幅值=般沉箱式防波堤地姑系統(tǒng)的自振周期遠(yuǎn)大于破碎波沖擊力振蕩周期或沖擊力持續(xù)時(shí)間。所以有效滑移力和傾覆力矩幅值般會(huì)小于破碎波沖擊力幅仿和期與破碎波沖擊力周期之比值的變化情況。
　　沉箱的搖擺運(yùn)動(dòng)會(huì)使沉箱的搖擺角顯著增加，但搖擺運(yùn)動(dòng)會(huì)使沉箱的水平位移滑移力和傾覆力矩降低，并且使傾范力矩不會(huì)人干沉箱1重的穩(wěn)記力矩。般情況下?lián)u擺角遠(yuǎn)小于沉箱傾倒的臨界角。如木文算例中，兩結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)人搖擺角分別為7度和0.3度。沉箱傾倒的臨界角為47度。
　　布破碎波沖擊作用下。當(dāng)傾覆力矩大于防波堤重力的穩(wěn)定力矩時(shí)目前定義為傾覆破壞。防波堤不定傾例。只是產(chǎn)生搖擺運(yùn)動(dòng)1只打當(dāng)搖擺角大于防波堤傾倒的臨界角時(shí)。防波堤才會(huì)出現(xiàn)傾倒破壞。

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