不规则波作用于垂直桩柱上的正向力

通过试验,研究了规则波,特别是不规则波作用于孤立桩柱上的正向力,通过测定桩上的总波浪力并利用时域最小二乘法和互谱分析法,研究了Morison公式中的系数C_D、C_M与KC数和雷诺数的关系及其随频率的变化,给出了规则波和不规则波作用下的C_D、C_M与KC数的关系曲线,此外,从波、力之间的相干数角度,对传递函数法计算不规则波浪力的适用范围也作了分析。     

作用于水平桩柱上的波流力

本文基于改进后的Morison方程和线性理论分析了作用于水平桩柱上的波流力,文中提出了适用于波流场中水平圆柱上的重新定义KC数(KC₂),实验表明桩的受力系数C_D及C_M与KC₂有良好的相关性,同时证明水流速度对二系数也有所影响,分析表明,规则波的成果可用于在时域中计算不规则波时的波流力,无论是力谱或力的统计分析值均与试验结果吻合良好.本文方法可供实用参考.     

作用于并列双桩桩列上的波流力

本文通过实验研究测定了双桩并列时在不规则波和水流共同作用下在不同桩距条件下桩柱所受的正向力与横向力,分析了正向力、横向力及其合力的时域及频域特性,给出了正向力、横向力和合力群桩系数随相对桩距和KC_p数的变化规律.文中还探讨了双桩并列时合力值及其方向与单桩合力值和方向的比较.     

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。     

作用于垂直桩柱上的波浪水流力

本文基于Morison方程和线性波理论分析了波浪与水流共存条件下作用于垂直桩柱上的波流力,提出了在规则波条件下适用于波流共存时的KC数(N'_KC)的定义,试验证明速度力系数C₄及惯性力系数C_m与N'_KC具有良好的相关性.这一相关关系可以应用于不规则波条件下波流力在时域内的计算,其结果与试验值吻合良好,文中还提出了一个简化的波流力极大值概率分布的分析方法,其结果与试验值相符也很好,可供工程实际使用.     

不规则波和流作用于圆柱上的正向力及横向力

本文研究了垂直圆柱体在稳定流与不规则波共同作用下的受力问题,给出了适用于这一流场下KC数的定义.本文利用Morison方程分析桩柱在不规则波和流共存场中受力的计算,给出了速度力系数C_d、惯性力系数C_m及横向力系数(C_L)_max及(C_L)_1/3随KC数的变化情况.本文还探讨了波流联合作用下横向力与合力特征值和正向力特征值的关系.     

桩群上的最大总波浪力

桩群上的总波浪力基于线性化的Morison方程,作用在桩群上(图1)的总波浪力F(t)及总波力矩M(t)为:.     

现有波群因子的统计研究

自Goda于1970年提出谱峰度参量Qp以来,迄今表征波群强度的因子己有十多种.对文中提及的较常用的11种因子即以后被称为现有波群因子,各作者都强调自己的优点,但何者为较好,直至目前尚无客观的评价.依据从三个测点获得的111组数据对现有波群因子予以检验,若某一因子在较短的记录长度内有连续三个值且其中最大值和最小值满足:(最大值减最小值)不大干0.005,则被称为稳定的波群因子;若这种因子又满足三个条件,即它在任一序数中出现的次数最多、在整条记录中出现的总次数最多和在整条记录的最初1280s内出现率最大,则被称为较佳波群因子.就检验的个例而言,(波高的)平均连长(L₁)和波高与周期的相关系数［R_HT(0)]就是这种因子.将这两个因子连结起来,今后称之为联合波群因子.因此,建议以此联合波群因子表征波群强度将会较前人采用的单因子的为好.     

双层环境中圆桩柱对斜坡异重流动力特性影响的试验研究

利用开闸式异重流水槽试验,结合高速相机和粒子图像测速技术,量化不同强度双层环境中圆桩柱对斜坡异重流传播模式、速度与涡度场、波流作用等宏微观特性的影响。试验结果表明：在低理查森数Ri_ρ环境中,圆桩柱的存在抑制了异重流混合层厚度的增加,但延展了其在流向的长度;在高理查森数Ri_ρ环境中,圆桩柱打破了侵入流在密度跃层处对称的传播模式,并促进了异重流与环境流体的剪切过程。当内波弗劳德数Fr> 1时,产生锁定波,异重流头部出现强漩涡,在密度跃层产生有利压力梯度使内波尺寸增大;当内波弗劳德数Fr <1时,振荡产生发射波,波谷与异重流头部相互作用而使波形变平整;当内波弗劳德数Fr≈1时,锁定波和发射波并存。在低理查森数Ri_ρ环境中,圆桩柱的存在导致波流耦合作用减弱,而在高理查森数Ri_ρ环境,波流耦合作用反而增强。     

海洋平台隔水套管群桩性状的研究

海洋平台的隔水套管群桩与土共同作用研究是一个很复杂的课题,目前国内外研究资料甚少,因此在平台导管架设计中,一般不考虑隔水套管群桩承受水平力作用,这与实际不相符合。本文结合工程课题,在调查研究和模型试验的基础上,对隔水套管群桩在水平力作用下的工作性状与破坏机理、群桩的水平力及其主要影响因素、单桩与群桩情况下应力应变关系等方面进行较深入的研究;并提出砂土地基隔水套管群桩效应经验公式,弥补了现行计算方法的缺陷和不足。研究成果可供工程设计参考使用。     

海面粗糙度的分析

表征海面粗糙程度的物理量有三:粗糙雷诺数(R_r)、空气动力学的粗糙长度(Z₀)和阻力系数(C₁₀).文中一方面探讨C₁₀与R_r或Z₀的关系,一方面讨论Z₀的无因次量与波龄的关系.文中所用的资料既有大洋又有海湾还有湖泊的;为反映大气稳定度的影响,又将资料分为4组.所建的关系式,经检验或与现有式比较,显示出颇为令人满意的结果.Toba等人提出的Z₀的无因次量与波龄成正比的关系,除前人指出其缺陷外,文中还据事实得出其存在是颇为勉强的.     

设计波浪选取中的不确定性分析

近年来,国内外在海洋及海岸工程可靠度研究方面取得了很大进展,我国交通部主持进行的“统一设计标准”研究,也取得了不少成就.作为可靠度分析的一个重要组成部分--外荷的不确定性分析,已愈渐引起科技界及工程界的重视.由于波浪为海洋工程的主要外荷之一,因此,其不确定性更具有重要意义.目前国外不少学者对此进行了研究,并认为在对桩柱结构产生水动力荷载的九种影响因素中(即波高、波周期、海流、桩柱直径、海洋生物生长率、桩柱糙率以及波力计算中的两个参数C_d、C_m等),设计波高的不确定性约占上述九种因素所造成的总不确定性的55%-67%.因此,可以看出,对设计波浪预报的不确定性分析在海洋工程可靠度研究中是至关重要的.     

缓坡上波浪谱的变形及破碎

在文献[1]中,通过实验分析和理论计算,笔者提出不规则波浪的破碎指标仍可采用合田[2]的相对波高极值(H/d)_b与Michell[3]和Miche[4]的极限波陡指标(H/L)_b.本文利用该破碎指标,分析计算了缓坡上不规则波在水流作用下的谱变形、波高的统计分布以及波浪破碎的概率等,其结果与作者的实验结果符合良好。     

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。     

波浪作用于垂直桩柱上的横向力

海上钻井采油平台第海工建筑物多数支承在钢质或钢筋混凝土桩柱上,通常,桩柱除受到与波向平行的正向力作用外,还存在着横向力(升力).不少中外学者对水流(包括振荡流)和规则波作用于杆件的升力问题曾做过大量工作,Sarpkaya[1]测量了简谐振荡流中杆件上的升力,并对他人的工作做了很好的小结.     

《海洋工程》2019年37卷总目录

《海洋工程》2019年第37卷，全年共刊出6期，总论文102篇，内容包括海洋平台、海洋立管、海上风电、防波堤、混凝土耐久性、海岸泥沙、海岸波浪、铺管船、系泊系统、孤立波传播、河口治理、潮流能利用、吸力式沉箱、海冰、海床液化、深海玄武岩、多金属硫化物、霍尔锚、群桩效应、水下航行器、船舶操纵等。     

《海洋工程》2018年36卷总目录

《海洋工程》2018年第36卷，全年共刊出6期，总论文101篇，内容包括海洋平台、海洋立管、海上风电、防波堤、混凝土耐久性、海岸泥沙、海岸波浪、铺管船、系泊系统、孤立波传播、河口治理、潮流能利用、吸力式沉箱、海冰、海床液化、深海玄武岩、多金属硫化物、霍尔锚、群桩效应、水下航行器、船舶操纵等。     

象山港潮波响应和变形研究──Ⅰ.观测和分析

利用实测资料分析了象山港海湾对潮波的响应和湾内潮波变形.结果说明象山港对外海传入的半日潮波的振幅有明显的放大作用.M₄和MS₄两个浅水分潮在湾内快速增长造成了潮波变形和潮不对称性.潮波非线性的沿程变化和不同区域的潮能耗散说明湖滩与潮波变形关系不大,而湖波非线性在牛鼻水道中的增强对湾内潮波变形是重要的,1/4日分潮在湾内的共振作用也对M₄和MS₄两个浅水分潮起了放大作用.     

用Morison公式试算海洋内孤立波对桩柱的作用力和力矩

根据实测流速资料采用Morison公式初步计算了海洋内孤立波对桩柱的作用力和力矩。内孤立波对桩柱的作用力与表面波的作用力是明显不同的。内孤立波的作用力几乎分布在整个深度范围；它在铅直方向不但有量值变化。也有方向改变——第一模态内波的作用力在桩柱的上、下部位作用方向相反。表面波对桩柱的作用力随深度的增大较快的衰减。且深度的改变不会使作用力的方向发生变化。计算结果表明：引起2．1m／s水平流的内孤立波对桩柱产生的总作用力约相当于300m波长、18m波高的表面波的总作用力；由于海洋内孤立波能引起很大的水平流，它对海上石油平台桩柱产生的总作用力以及相对于海面的力矩是不能忽略的。因此，在海上石油平台设计中应充分重视内孤立波的作用。     

破碎波群的显著特征指标

群发性是风浪破碎的显著特征,最近的研究表明风浪破碎研究应该基于波群而不是单个波。本文探讨破碎波群区别于非破碎波群的显著特征指标。依据一系列风浪破碎实验数据,采用多种判据与实验现场目测的破碎标记信号相结合的原则划分破碎波群与非破碎波群,考查波群特征量、单个波几何特征量、局地破碎判据指标、波包络几何特征量以及波群能量结构特征量等5大类28个指标在破碎波群与非破碎波群上的分布差异。结果表明:波陡、峰前波陡、瞬时波面斜率、运动学判据指标和动力学判据指标等在破碎非破碎波群上的分布几乎没有交叠;后两者尤为理想,分布明显分离,是破碎波群区别于非破碎波群的显著指标;而其它各指标在破碎波群非破碎波群上的分布都有不同程度的交叠,不能单独依据它们区分破碎波群与非破碎波群。