分享小天地之——破碎波沖擊作用下沉箱式防波堤振動-搖擺運動分析

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-搖擺運動分析。

振動與沖擊破碎波沖擊作用下沉箱式防波堤振動搖擺運動分析王兀戰(zhàn)王強天津大學建筑工程學院，天津300072解放軍海軍后勤學院。天津300456運動過程進行數(shù)值摸擬。研究了搖擺運動對防波堤位移轉角滑移力和傾覆力距的影響。結果明當傾覆力距大于防波堤的穩(wěn)定力矩時，防波堤并不定發(fā)生傾倒破壞；只有當防波堤搖擺運動轉角大于傾倒的臨界角時，防波堤才會發(fā)生傾倒破壞。而且搖擺運動可有效減小防波堤的滑移力和傾覆力矩。故在限設計破碎波浪條件下可考慮允許防波堤出現(xiàn)搖擺運動，以實現(xiàn)更為經濟的結構設計。
　　0引言沉箱式防波堤是經常使用的種結構型式，它具有穩(wěn)定性好節(jié)省材料適用于大水深等特點。此外，沉箱式結構易于開發(fā)成各種功能的新型防波堤結構，如具有消波功能的開孔沉箱式防波堤，具有環(huán)境保護功能的海水交換型陽波堤，具有發(fā)電功能的波能轉換防波堤人觀光的親水性防波堤等似，沉箱防波堤的動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動形式包括種彈性振動滑移運動和搖擺運動。
　　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動模型對防波堤的彈性振動動力響應進行了分析，防波堤地基動力模型只考慮了彈性振動，沒有考慮防波堤的滑移和搖擺記動4也付沖心荷4戈作用1沉箱式防波堤的響應進廳研究，給出滑移量估算的簡化方法，何沒有考慮防波堤的搖擺運動。丁心，等應⑴非線性模型付沉鍆式防波堤的動力響應進行了計算，研究了防波堤的動力響應對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也對破碎波沖擊作用下防波堤的動力響應特，性進丁研光，建了防波堤振動滑移運動分析模型，可對防波堤振動滑移運動過程進行模擬，給出滑移但也沒有考慮防波堤的搖擺運動。
　　在破碎波沖擊作用下，當滑移力大于防波堤與地基之間的摩擦力時，防波堤必然出現(xiàn)滑移運動。在設計中允許防波堤出現(xiàn)定的滑移位移，這是目前許多正在研究探討的問。但是，當傾覆力矩大于防波堤重力的穩(wěn)定力矩時目前定義為傾覆破壞，防波堤并不定傾倒，只是產生搖擺運動。只有當搖擺角大于防波堤傾倒的臨界角時，防波堤才會出現(xiàn)傾倒破壞。而且搖擺記動轉可恢復其原平衡位置，但滑移位移+能恢，從這種意義講，研究允許防波堤出現(xiàn)搖擺運動的設計方法具有更實際的意義。本文在前面工作的坫礎上進步建立沉箱式防波堤彈性振動搖擺運動分析模型，可對破碎波沖擊作用下防波堤的彈性振動搖擺運動過枰進行數(shù)值模擬。
　　并研究了搖擺運動對防波堤位移轉角滑移力和傾覆力矩的影響。為在限設計破碎波浪條件下考慮允許防波堤出現(xiàn)搖擺運動的設計方法提供理論基礎= 1沉箱彈性振動搖擺運動分析模型前在沉筘式防波堤動力分析中?？蓪⒊料潆茸髟趶椥缘鼗献魉睫D角運動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搖擺運動分析模型1.冊為防波堤質量，其中包括附加水體質量；為防波堤對重心的轉動慣量；階為沉箱振動時的附加土體質量。和；分別為防波堤附加土體質量的水平運動位移；9為防波堤的運動轉角，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，實驗室實驗及現(xiàn)場觀測資料231明，作用于沉箱上的破碎波沖擊力時程可用沖擊荷載和接下來托力對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)生運動。在動力分析中。防波堤受到的動力矩風，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，當作用于沉箱上的動力矩小于防波堤的重力穩(wěn)定力矩時。沉箱連，附加七體質量在地基上作彈性水轉角耦合振動當作用于沉箱上的動力矩人于防波堤的重力穩(wěn)定力矩時，沉箱將部分脫離地基，繞前趾，或后趾作搖擺運動。
　　2沉箱的彈性振動搖擺運動方程4應階3，1方法求解方程2.可得系統(tǒng)的位移速度加，度響應時由式34可計算出防波堤的滑移力和傾覆力矩，當作7沉箱上的動力識大于防波堤的誑力穩(wěn)定力矩時，沉箱將繞后趾或前趾，作搖擺運動。沉箱繞后趾的搖擺運動以呈為沉箱繞前趾，的搖擺運動方程為其中，乃為防波堤對后趾7或前趾及的轉動慣量。
　　搖擺運動狀態(tài)。防波設的滑移力為j.Q=PUHW2mAsS.if7搖擺運動狀態(tài)5.防波堤的傾覆力矩為在式78中，當防波坭繞及點搖擺運動時取號，當防波堤繞，點搖擺運動時取+號。應用階心1財1方法求解方程56.可得系統(tǒng)的位移速度加速度響應時程。由于78可計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搖擺運動分析校型假設。當作用于沉箱上的動矩小丁。防波堤的重力穩(wěn)定力矩時，沉箱連同附加土體質量在地基上作彈性水平轉角耦合振動，其運動方程為其中。從0足波浪力矩包牯破碎波沖擊力和波浪浮托力產生的力矩。
　　彈性振動狀態(tài)下。作用于防波堤。的用干滑移穩(wěn)定性驗算的力滑移力為彈性振動狀態(tài)下，作用于防波堤上的動力矩印3破碎波沖擊力，程搖擺運動結束后。系統(tǒng)將再次進入彈性狀態(tài)。其運動仍由方程2控制。
　　意禮以此為基本結構系統(tǒng)對防波堤進行運動分析。
　　鋼筋浞凝土內填砂和地基1的質1密度分別為重心的轉動慣量1=3100.0幾地基動十附加質量講，=16.，1化。附加水質量和地基動土附加質量參照文獻2的方法確定。
　　根據(jù)0，141的建議，地基水平和轉動彈簧常數(shù)分別為長度。，1為地基水個反力系數(shù)，般在120001階13之本文取。1.=設地基水平和轉加沮尼比515.則地基的水平和轉角阻尼系數(shù)分別為c iii.sm破碎波沖擊力時程3.波浪力矩0包括破碎波沖擊力和波浪浮托力產生的力矩。為Mt=HrPt+Mut其中，鍰，為波浪浮托力產生的力矩。
　　假設波浪浮托力的變化時程與水平沖擊力相同。
　　其幅值采用文獻1給出的山1方法1算。較人介力矩風=265以1.對防波堤后趾1點的力矩定。義防波堤的位移動力放大系數(shù)轉角動力放人系數(shù)兄?；屏恿Ψ糯笙禂?shù)辦和傾覆力矩動幾七為破碎波沖山力幅伉。
　　應用前述算模型對沉箱在破碎波作用下的彈性振動搖擺運動進行了計算。47針對基本結構系統(tǒng)階自振周期7=，分別給出了彈性振動模甩和彈性振動搖擺運動校甩不。沉箱的位移轉角滑移力和傾覆力矩的時程響應曲線。
　　階內振周期乃分別給出了彈性振動校型和彈性振動搖擺運動模型下，沉箱的位移轉角滑移力和傾覆力矩的時程響應曲線。
　　農1給出駐本結構系統(tǒng)和增加地基剛度結構系統(tǒng)的破碎波沖擊力，沉箱的位移轉角滑移力和傾覆力矩的動力響應幅值。
　　力放大系數(shù)兄，分別為運動模型水平位移撕結構1結構2轉角位移度結構1結構2滑移力砂，0結構1結構2傾覆力矩咖m m結構1結構2剛性結構彈性振動振動搖擺運動注中結構1為基本結構系統(tǒng)結構2為增加地基剛度結構系統(tǒng)。
　　4結語木文建立沉鍆式防波堤彈性振動搖擺運動分析模甩，廣對破碎波沖山作用1防波堤的彈性振動搖擺運動過程進行數(shù)值模擬，給出防波堤位移轉角泔移力和傾漫力矩的響應時利并提出了1限設計破碎波浪條件下。允許防波堤出現(xiàn)搖擺運動的結構設計新概念，⑴沉筘式防波堤的動力特性對滑移力和傾覆力傾覆乃矩時程曲線。=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，有效滑移力幅值可達破碎沖擊力幅值的1.44倍，傾覆力矩幅值可達波浪力矩幅值沖擊力周期之比值約大于2.0左右時?；屏蛢A覆力矩幅值會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)的自振周期遠大于破碎波沖擊力振蕩周期或沖擊力持續(xù)時間。所以有效滑移力和傾覆力矩幅值般會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。
　　沉箱的搖擺運動會使沉箱的搖擺角顯著增加，但搖擺運動會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人干沉箱1重的穩(wěn)記力矩。般情況下?lián)u擺角遠小于沉箱傾倒的臨界角。如木文算例中，兩結構系統(tǒng)的設人搖擺角分別為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。當傾覆力矩大于防波堤重力的穩(wěn)定力矩時目前定義為傾覆破壞。防波堤不定傾例。只是產生搖擺運動1只打當搖擺角大于防波堤傾倒的臨界角時。防波堤才會出現(xiàn)傾倒破壞。

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