碼頭工程經(jīng)常在波浪作用下發(fā)生渦激振動,長期振動作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)永久變形。往往在海洋建造中大量使用圓柱管樁作為深水基礎(chǔ),圓形截面結(jié)構(gòu)物在施工期內(nèi)或者長時間使用在波浪作用下發(fā)生渦激振動破壞。如果樁基受到渦激振動影響,就對碼頭工程的建設(shè)、使用和壽命具有巨大危害。為了抑制樁基的渦激振動,因此本文研究一種新型波紋管樁代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圓柱管樁以解決工程渦激振動問題。本文研究的主要內(nèi)容和成果:(1)基于解決實(shí)際工程的問題為出發(fā)點(diǎn),對工程進(jìn)行現(xiàn)場測量,利用ABAQUS有限元軟件建立數(shù)值模型,將數(shù)值分析結(jié)果與實(shí)地測量相比較。(2)結(jié)合國內(nèi)外數(shù)據(jù)資料和圓柱管樁數(shù)值模擬數(shù)值及工程經(jīng)驗,著重分析新型波紋管樁的幾何參數(shù)和水動力系數(shù)的選用。(3)基于設(shè)計出來的波紋管樁,為以后能夠投入市場,對波紋管樁整個生產(chǎn)模型和生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行詳細(xì)闡述。(4)基于設(shè)計出來的波紋管樁,對波紋管樁在碼頭中應(yīng)用進(jìn)行二維數(shù)值分析,研究發(fā)現(xiàn):在水平和豎向方向上波紋管樁比圓柱管樁的最大位移分別降低36.89%和35.54%。(5)基于設(shè)計出來的波紋管樁,對波紋管樁在碼頭中應(yīng)用進(jìn)行三維數(shù)值分析,研究發(fā)現(xiàn):在水平和豎向方向上波紋管樁比圓柱管樁的最大位移分別降低37.02%和35.86%。
【學(xué)位單位】：浙江海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U656.1
【部分圖文】：

樁為研究對象。由于獨(dú)墩碼頭常年在波浪作用下發(fā)生振動，長期振動作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)永久變形。一方面通過現(xiàn)場踏勘與測試，獲得了該獨(dú)墩碼頭的振動加速度；另一方面依據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立有限元模型，考慮了軟土地層的不同沉降量，運(yùn)用有限元軟件對獨(dú)墩碼頭的四個工況進(jìn)行了數(shù)值分析，并與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了對比，表明有限元模型可以較好地模擬樁墩的實(shí)際振動情況。由于獨(dú)墩碼頭工程軟土地層沉降造成樁的暴露段增加，從而導(dǎo)致在波浪作用下整體結(jié)構(gòu)振動增大。2.1 工程背景與工程問題2.1.1 工程背景根據(jù)某碼頭工程實(shí)例為研究背景，該獨(dú)墩碼頭由橋臺墩、樁和土構(gòu)成，碼頭下方共有 9 根圓柱樁支撐，分布方式是 3x3 布置，豎向和水平的每兩根樁間距5m，如圖 2-1 所示；該碼頭的橋臺墩采用混凝土材料，具體設(shè)計參數(shù)如表 2-3 所示；該碼頭樁墩由 9 根鋼管樁支撐，圓柱管樁的截面直徑 D=1m，厚度為 0.016m，具體設(shè)計參數(shù)如表 2-4 所示。

勻一入射波動，其波動方程為 (,)z xy H 概況中的海洋環(huán)境情況可知波長 =61.2m，振為 1.5 m/s，則水波周期 T /gH=6.18s。在結(jié)構(gòu)進(jìn)行理想彈塑性分析，對樁體結(jié)構(gòu)進(jìn)行理b 屈服準(zhǔn)則條件，但是在底層微強(qiáng)化花崗巖底層；左右兩側(cè)由于與水流流向平行且因至于廣闊條件，其法向速度為 0，設(shè)置為兩端固定；本碼結(jié)構(gòu)劃分為 CPS4R 實(shí)體單元，將樁結(jié)構(gòu)劃分為 CPe4R 實(shí)體單元。頭結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)分析中，波浪力對結(jié)構(gòu)的影浪作用的碼頭墩柱結(jié)構(gòu)根據(jù)直徑與波長的比值，其波浪理論和計算公式是不一樣的，小尺度墩柱采用繞射理論(也稱為勢流理論）[47]。本文 D 與波長 L 的比值 D/L<0.2，屬于小尺度結(jié)的波浪力[48]。根據(jù)挪威船級社(DNV)規(guī)范，位于

圖 2-3 典型工況示意圖與有限元網(wǎng)格劃分Fig 2.3 Schematic diagram of typical working conditions and finite element meshes.通過 ABAQUS 有限元軟件建立獨(dú)墩碼頭工程的二維模型，采用擴(kuò)展 DruckerPrager 彈塑性本構(gòu)關(guān)系，并根據(jù)實(shí)際的環(huán)境參量對結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行賦予屬性，設(shè)置土體的流應(yīng)力比為 1。定義相互作用以及荷載條件，并劃分網(wǎng)格，同時對模型進(jìn)行地應(yīng)力平衡處理以及施加波浪力。如圖 2-4 所示，依次創(chuàng)建橋臺墩、圓柱管樁、土體部件結(jié)構(gòu)，由于圓柱管樁、混凝土墩臺和土彈性模量相差懸殊，所以橋臺墩和土體均采用 Drucker Prager 彈塑性模型，圓柱管樁采用線彈性模型。定義兩個約束接觸：樁-橋臺墩采用綁定約束和樁-土采用內(nèi)置區(qū)域接觸。創(chuàng)建兩個邊界條件：將土體模型底邊界 X、Y 方向的位移均賦值為 0 和土體模型左右邊界 X 方向的位移亦賦值為 0。利用全局布種方式分別對各部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分[54]。
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本文編號：2837247