直接积分法在防波堤可靠性分析中应用

防波堤是港口工程的重要组成部分,在港口工程总投资中占有较大的比重。准确地计算防波堤的可靠性具有重大的理论和经济意义。随着数理统计理论的快速发展,直接积分法在结构可靠性计算中的应用逐渐得到重视。应用直接积分法计算直立式防波堤的可靠性,概率意义明确,计算精度高。以秦皇岛典型直立堤为算例,采用直接积分法对直立式防波堤进行可靠性分析时,将无限积分区域转换成有限积分区域,分析选择了波浪力和浮托力的联合密度函数,采用数值积分的办法计算失效概率,并将计算结果与独立变量JC法和相关变量JC法的计算结果进行了对比。结果表明:直接积分法和相关变量JC法计算结果相近,而比独立变量JC法计算结果偏低。     

荷载变量相关下直立式防波堤的可靠度

为了探讨独立或相关荷载变量对结构可靠指标(β)值的影响,利用广义随机空间极限状态曲面上任一点处切平面法线来确定可靠指标,从而将在欧洲通用的确定直立式防波堤可靠指标的Hasofer和Lind方法推广至适用于波浪水平力与浮托力之间相关的情况.对一座直立堤实例的核算表明,在变量相关情况下采用改进的JC法或推广的HL法得出可靠指标值符合良好,而荷载相关时的可靠指标值则明显低于假定荷载独立时的结果.     

圆弧面防波堤可靠性分析

圆弧面防波堤是在半圆形防波堤应用基础上发展而来的一种新型防波堤。它具有稳定性高、施工简便、造价低廉等优点,有必要对其可靠性进行研究。以往计算防波堤可靠度时,均将波浪力作为随机变量。对于不同的结构型式,此做法需要不断地对波浪荷载进行分布拟合,且难以考虑水位变动的影响。本文提出一种防波堤可靠度分析的新方法:将波高、周期作为随机变量,无需考虑构造波浪荷载这一中间变量,从而简化计算过程。本文分别使用新、旧两种分析方法,对5种不同断面尺度的圆弧面防波堤进行了可靠性分析。结果表明,两种分析方法得出的可靠度指标存在差异,其中旧方法的结果偏低。     

矩形开孔沉箱防波堤可靠性分析

为研究矩形开孔沉箱防波堤的可靠性,本文提出了一种新的直立式防波堤结构可靠性计算方法,考虑波高同周期的相关性,将波高、周期和抗力作为随机变量处理,构造隐式功能函数,采用直接抽样法生成随机样本进行模拟,作为中间变量的波浪荷载不做统计分析处理,根据功能函数的响应直接判断是否滑移或倾覆失效,计算失效概率和可靠指标。计算结果表明:新的计算方法与传统直接抽样法相比结果数值非常接近,验证了新方法的有效性;同传统JC法相比,新方法相对保守。本计算方法在波浪要素资料充足时可为矩形开孔沉箱防波堤的设计提供参考。     

基于粘性流模型的筒型基础防波堤波浪力数值分析

筒型基础防波堤是一种新型港口海岸工程结构,其基础上部是由连续排列的圆筒构成的直立防浪墙.采用粘性流数值模型,研究连续圆筒防波堤上波浪力竖向分布、水平(沿圆筒环向)分布和波浪力合力特性,并对粘性流数值模型计算的平面直墙波浪力与海港水文规范方法计算结果;粘性流数值模型计算的连续圆筒墙面波浪力与平面直墙波浪力;无限长连续圆筒墙面波浪力与有限长连续圆筒墙面波浪力进行比较分析.针对所选工程算例,建议按<海港水文规范>中平面直墙波浪力计算方法确定连续圆筒防波堤上的波浪力时,波峰时考虑0.90左右的折减系数,波谷时考虑0.95左右的折减系数.     

削角直立式防波堤可靠度分析

根据最新导出的荷载变量相关时结构可靠指标β的Hasofer-Lind计算方法，利用特定地点的长期波浪观测资料，对明、暗基床的削角直立式防波堤进行了可靠度分析，得出了可靠指标β与传统设计方法中安全系数K的关系曲线，进而给出了削角直立堤抗滑移和抗倾覆极限状态下各项分项系数的建议值。     

波浪作用下锚链系泊浮式防波堤动力响应的数值模型研究

浮式防波堤充分利用波能在水深方向的分布特性,在满足工程消浪要求的同时对海域水沙交换影响较小,且能够快速布置,在某些实际工程有一定应用前景。为了深入了解波浪作用下浮式防波堤的动力响应,基于OpenFOAM标准求解器olaFlow,在刚体运动求解计算中植入锚链求解模块MOODY(mooring cable dynamics),实现了基于重叠网格方法的浮体运动与锚链受力耦合求解,建立了锚链系泊浮式防波堤动力响应的二维数值模型。利用该数值模型对锚链系泊单方箱浮式防波堤在波浪作用下的透射系数、运动响应、锚链张力进行了模拟,并和相关试验结果进行了比较。结果表明,模型能够准确模拟二维波浪和浮式防波堤的相互作用,并用于三维模型的改进。     

圆弧面防波堤波浪力初步研究

圆弧面防波堤是在半圆形防波堤基础上开发的一种新型防波堤。首先通过与半圆形防波堤相同条件下的波浪试验,检验圆弧面防波堤的稳定性,并利用数值波浪水槽对圆弧面防波堤的水力特性进行初步研究,探求造成圆弧面防波堤与半圆形防波堤波浪力差别的主要原因。通过圆弧面防波堤与半圆形防波堤波浪力的对比试验,提出了圆弧面防波堤波浪力的简化计算方法,以半圆堤正向水平波浪力乘以一修正系数,在堤顶淹没情况下修正系数可取1.3,在堤顶出水情况下修正系数可取1.1。     

T型防波堤与波浪相互作用数值研究

针对T型透空式防波堤,通过浪高仪采集防波堤前后不同位置波面变化曲线,使用声学多普勒流速仪(NDV)测量不同位置流速随时间的变化,并分析了其相位平均流速的分布。基于VOF法的二维波浪数值水槽,对规则波作用下T型防波堤附近的动力特性进行了计算,水槽模型试验结果和数值模拟结果对比表明,数值计算结果与实验值吻合较好。采用该模型进一步对T型防波堤附近波浪场、流线、紊动动能、紊动动能耗散率变化以及不同尺寸的防波堤消浪效果进行模拟计算,重点分析了入射波高、防波堤入水深度和防波堤宽度变化的影响。     

防波堤的人工神经网络Monte Carlo法可靠性分析

防波堤建设费用巨大,且一旦遭到破坏,后果甚为严重,因此,如何准确地计算防波堤的可靠性意义重大.随着人工神经网络理论的快速发展,人工神经网络方法在结构可靠性分析中的应用逐渐得到重视.基于神经网络的Monte Carlo法计算直立式防波堤的可靠性,概率意义明确.以秦皇岛典型直立堤为算例,采用基于神经网络的Monte Carlo法对直立式防波堤进行可靠性分析时,将直立堤滑动破坏和倾覆破坏的极限状态方程中的所有参数均作为变量处理,并将计算结果与Monte Carlo模拟的直接抽样法、重要抽样法以及独立变量JC法的计算结果进行对比.结果表明:基于神经网络的Monte Carlo法和Monte Carlo模拟的直接抽样法、重要抽样法计算结果相近,而比独立变量JC法的计算结果略低.