多向不规则波作用下九桩群桩效应试验研究

小尺度群桩应用广泛,一直是学者研究的重点,小尺度有别于大尺度桩柱,由于桩柱周围存在漩涡的脱落,使得受力特性复杂。以往的研究过程中,波浪主要采用单向不规则波浪,并且试验模型多以两桩或三桩组成的群桩结构为主,桩数相对较少。多向不规则波与群桩结构的作用特点有别于单向不规则波且研究较少。通过物理模型试验,针对多向不规则波对于9桩桩排群桩结构的作用进行了研究。首先综合考虑KC1/3数和相对桩径的影响,提出以参数KCLD 1/3数来衡量群桩的效应,并分析了正向力与横向力随着参数KCLD 1/3数和相对桩距的变化关系,研究了群桩中不同桩位桩柱波浪力的变化规律和方向分布宽度对于群桩波浪力的影响。研究结果表明,群桩中各桩的正向力随着方向分布标准差的增大而减小,而横向力在相对桩距较大时随着方向分布标准差的增大而增大,同时群桩中不同位置桩上的波浪力具有较大的差异。     

波群对垂直桩柱的作用力

在波浪槽中进行了具有不同群因子和连长的随机波群对三种直径的桩柱作用力的实验研究,指出波浪峰力的比值不随波群的连长变化,而随波群因子的增加而增大。由于桩柱是一非线性系统,作用力的群团子大于波浪的群因子,其连长小于波浪的连长。波浪峰力的比值不仅随KC数的增加而增大,还随波群因子GF的增加而增大。     

不规则波作用于群桩的水动力系数

海洋平台等海工建筑物多由群桩支承,平台上的小直径立管和钻杆等也常成群布置,它们主要受海浪(不规则波)的作用.目前有两类计算群桩上波浪力的方法:一是把作用于单桩上的波力乘以相应的群桩系数K_g,K_g能直观地显示群桩效应的大小及其变化规律,此法为苏联和我国ii规范所采用.过去的研究成果多限于振荡流和规则波情况.     

垂直园柱群波浪作用力的研究(英文)

在波浪槽中进行了三个园柱的单排桩群和4×4个园柱的桩群所受波浪作用力的实验研究。单排桩的波浪入射角为0°、45°和90°:4×4桩群的波浪入射角为0°和45°。通过研究给出了三个园柱的单排桩群和4×4桩群的总干扰系数以及各个组成桩的干扰系数随Keulegan-Carpenter数、相对桩距和波浪入射角的变化;找出了桩群中承受最大波浪作用力的组成桩;提出了遮蔽效应、整体效应、射流效应和抑制效应等四种效应以解释所得到的结果。     

波群作用于垂直桩柱的峰力统计性质

研究具有窄谱和Ｗｅｉｂｕｌｌ波高分布的波群对非线性桩柱系统作用力的统计性质。求得了桩桩的波浪峰力的各种特征值及其比值。指出这些数值不仅是阻力一惯性力参数ｂＨ的函数，也随着波群因子而变化。本文模式更具广泛性。文中给出了一系列计算图表，可从理论计算波群作用于桩柱的波浪峰力。     

圆柱墩群上的波浪力

本文根据Maccamy-Fuchs关于单个圆柱墩的微幅波绕射理论,在严格考虑不同墩间相位差的基础上,研究了双圆柱墩情况下的波浪绕射场,得出了柱面上各点的波压力,作用在单位高度高柱上的波浪力,柱群中各柱的波浪力及整个墩群上的总波浪力的计算公式。对于等径的双圆柱墩群,编制了VORTRAN程序WFFTP,可供设计之用。     

可渗透海床单桩孤立波破碎波浪力数值研究

当波浪传播至近岸浅水区时易发生破碎,波浪破碎后水体直接拍击单桩结构,其波浪作用力显著增大,可能导致结构失稳破坏。首先建立包括斜坡海床的数值波浪水槽,并与已有研究进行对比验证。进而开展考虑斜坡海床可渗透性的孤立波数值模拟,分析孤立波传播与浅水化破碎特征,着重研究竖直单桩上破碎波浪力的特性,及其与单桩位置、海床渗透率的关联性。数值研究发现:对于低渗透率海床,随着单桩位置由深水向岸线位置变动,其所受波浪力先增后减,所受波浪力最大的桩体位置随海床渗透率增加而从波浪破碎点前方移动至破碎点后1D处,而在高渗透率海床上不同位置处桩体所受波浪力均较小;随海床渗透率等梯度增加,海床消波作用逐渐增强,波浪破碎进程延缓,波浪破碎点向岸线方向加速移动,单桩上破碎波浪力呈整体下降趋势,但可能因波浪破碎点的位置变动导致部分位置桩体所受波浪力异常增大。     

系泊方柱在畸形波与波群伴生波浪作用下运动响应试验研究

畸形波与波群伴生波浪作用于系泊浮体,和常规随机波浪作用比较,运动响应时频域特征均将发生显著变化。基于物理模型试验,采用小波方法计算伴生波浪和常规随机波浪作用下系泊浮体运动响应的时频域特征变化及波群因子与浮体运动响应时频域特征的定量关系。结果表明:伴生波浪作用下浮体运动响应显著大于常规随机波浪的作用结果,且波群因子G A对浮体运动响应时频域特征有显著影响;伴生波浪作用下浮体纵荡运动的广义能量谱E(t)统计特征值E max(t)、E 1/10(t)、E 1/3(t)、E average(t)均明显大于相同波谱下常规随机波浪的结果,且随着波群因子G A增大显著增大;伴生波浪作用下各运动响应能量集中度δE显著大于常规随机波浪作用结果,且能量集中时域分布范围参数ΔT E以纵荡运动分量最为显著。     

考虑桩土作用独桩海洋平台横向振动特性研究

采用动Winkler弹性地基梁模型模拟桩土问动力相互作用，并考虑了流体与桩问相互作用，通过组合成层土中、水中桩单元的刚度阵，推得了独桩海洋平台连续系统横向振动的动刚度阵及在波浪力作用下平台甲板处的频率响应函数，进而求得了在确定性波浪力及随机波浪力作用下桩身任意点的位移响应。最后，通过算例研究和分析了在随机波浪力作用下成层土参数、甲板上重量及冲刷淘深等因素对平台振动响应的影响。     

波浪对阻抗型圆柱群的绕射

应用柱面上阻抗型边界条件分析单柱和圆柱群上波面高度和总波浪力的分布规律。随着阻抗值减小波面高度明显减小,柱上总的波浪力也随之减小。由于柱间干扰和阻抗影响,波浪力在一定的波数尺寸范围内出现急降区,阻抗型柱的变化平缓,而刚性光滑壁面柱降低显著,说明阻抗越小柱间波浪散射强度越小。     

MAXIMUM TOTAL WAVE FORCES ON PILE GROUPS

By using the concept of the joint probability distribution of independent stochastic variables, this paper gives an analysis of the maximum total wave forces on pile groups due to irregular wave action on the basis of Ref. [ 1 ].Methods for calculating the maximum total wave forces on pile groups considering both the wave energy spectrum and the directional wave spectrum are also given in this paper. Special computer programs MAXTOTWAF-PGZ-1 and MAXTOTWAF-PGZ-2 are developed for the purpose of calculation.     

破碎波冲击直立桩柱的大比尺试验研究

波浪破碎是海洋中最常见的现象之一,其能够对海洋中的结构物产生巨大的波浪力作用。本文在大比尺波浪水槽通过聚焦波的方法生成了极端波浪和不同破碎阶段的破碎波浪,并对其冲击桩柱过程中的点压力进行了测量,进而采用连续小波变换的方法,对桩柱上点压力的分布及大小进行了细致分析。结果表明,多次重复试验下,相比非破碎极端波浪,破碎极端波浪产生的点压力离散性更强;波浪破碎程度越大,测点位置越靠近波峰,则点压力离散程度越大;破碎波的最大点压力出现在1.2倍的最大波面附近,且其大小可达3倍的最大静水压力;基于点压力小波谱,不同破碎阶段破碎波产生冲击作用不同,对于波浪作用桩柱前波浪已经发生破碎的情况,其冲击区域更大,点压力分布更复杂;而对于桩面破碎的情况,其造成的波浪总力更大。     

三阶Stokes型随机波浪载荷谱研究

应用非线性谱分析理论，对三阶Stokes型随机波浪载荷谱进行了分析，将波面方程及海水质点的水平速度用一阶波面的非线性组表示，导出了随机波浪谱的表达式。为了便于求解随机波浪的载荷谱，将阻力项展开为幂级数式，并应用非线性谱分析理论，确定了幂级数的系数，进而将波浪载荷表示为一阶波面及其导数的非线性组合，最后得出波浪载荷谱密度的表达式，并应用数值分析方法，得出单位桩柱波浪力及总波浪力谱密度。     

Inline forces on vertical pile in irregular waves

The total inline wave forces, the irregular wave forces in particular, on an isolated pile are investigated by experiment. The relationships between force coefficients Cd and CM including in Morison's Eq. . and KC number or Reynolds number Re, and the variation of Cd and Cm in frequency domain are analysed with the method of least-squares in time domain and that of cross-spectral analysis. The plots of C4and Cmversus KCare given for both regular and irregular waves and those for irregular waves are used for numerical simulation of the irregular wave forces on the vertical pile and the results are in fairly good agreement with the test data. Based on the experimental results , the applicability of the spectral analysis method for calculating irregular wave forces on an isolated pile is investigated with the coherency γ between wave and wave forces and with KC number.     

Hydrodynamic Coefficients for Grouping Piles Under the Action of Irregular Waves

-The hydrodynamic coefficients for each of two piles and three piles in both side-by-side arrangement and tandem arrangement under the action of irregular waves are experimentally investigated. These coefficients vary with the KC number, the relative pile spacing, the number of piles and the pile location, and their relationships are presented in this paper. They can be used in Morison Equation and other equations to calculate directly the in-line wave forces and the transverse forces on each pile in array.     

孤立桩柱上不规则波浪力的计算

随着海洋石油,海上航运等事业的发展,海洋工程迅速增多。这些建筑物的设计外荷载常以波浪力为主,因此,正确确定波浪力对海洋工程具有重大意义,很早就引起人们的注意和研究。自然界的海浪汹涌澎湃,变化多端,是一随机过程,它对建筑物的作用也比较复杂。近十几年,由于海工建筑物向深海发展和大型结构的采用,其低阶自震频率很可能落入海浪显著部分的频率范围,此时结构物对不规则波的动力反响对结构应力分析等具有重大影响,促使对不规则波浪力的研究有较大进展。     

Wave run-up on cylindrical and cone shaped foundations for offshore wind turbines

During the last decade, several offshore wind-farms were built and offshore wind energy promises to be a suitable alternative to provide green energy. However, there are still some engineering challenges in placing the foundations of offshore wind turbines. For example, wave run-up and wave impacts cause unexpected damage to boat landing facilities and platforms. To assess the forces due to wave run-up, the distribution of run-up around the pile and the maximum run-up height need to be known. This article describes a physical model study of the run-up heights and run-up distribution on two shapes of foundations for offshore wind turbines, including both regular and irregular waves. The influence of wave steepness, wave height and water depth on run-up is investigated. The measured run-up values are compared with applicable theories and previous experimental studies predicting run-up on a circular pile.     

流体动力干扰对桩柱矩阵阵列波浪力的影响

随着超大型海洋结构物的设计和研究日益受到重视,研究多物体之间的流体动力干扰特性显得十分必要。用波动源在截面周线上分布的方法,就垂直桩柱间三维流体动力干扰对波浪力的影响进行了系统的研究,不仅可得到单行柱列的流体动力干扰力学机理的新特性,而且对多行桩柱阵列的研究也取得了若干新的发现：多行柱柱阵列的遮蔽作用强于单行的;无论是单行还是多行柱列,其流体动力干扰特性存在一个十分敏感的来波频域,在此区域内,力的幅值会大大超过其他频域的受力,而且桩柱阵列与交错阵列的力学特性也有所不同。这对超大型海洋结构物的设计有着重要的指导意义。     

A wave-flume study of scour at a pile breakwater: Solitary waves

Understanding the sediment transport and the resulting scour around coastal structures such as pile breakwaters under local extreme wave conditions is important for the foundation safety of various coastal structures. This study reports a wave-flume experiment investigating the scour induced by solitary waves at a pile breakwater, which consists of a row of closely spaced large piles. A wave blacking gate with a simple operation procedure in the experiment was designed to eliminate possible multiple reflections of the solitary wave inside the flume. An underwater laser scanner and a point probe were used in combination to provide high-resolution data of the bed profile around the pile breakwater. Effects of incident wave height and local water depth on the maximum scour depth, the maximum deposition height and the total scour and deposition volumes were examined. An existing empirical formula describing the evolution of the scour at a single pile in current or waves was extended to describe the scour at the pile breakwater under the action of multiple solitary waves, and new empirical coefficients were obtained by fitting the formula to the new experimental data to estimate the equilibrium scour depth. It appears that the maximum scour depth and the total scour volume are two reliable quantities for validation of numerical models developed for the scour around pile breakwaters under highly nonlinear wave conditions.