桩柱间距和形状对波浪荷载影响的研究

发布时间：2017-05-05 17:00

  本文关键词：桩柱间距和形状对波浪荷载影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在港口工程和近海工程中,桩柱尤其是群桩结构应用广泛,桩柱间距的大小和形状直接关系到入射波对桩柱的作用力及对平台或上部结构的上托力,当桩柱间距较小时,相互间水动力影响较强,作用在桩柱上的波浪荷载与孤立桩柱相比将显著增大,是结构失稳破坏的重要因素。因而有必要对于桩柱间距和形状对于桩柱波浪荷载的影响进行研究。目前,国内外学者对于桩柱波浪荷载的研究主要采用模型试验的方法,而模型试验往往耗时长、花费高且不能对桩柱受力机理进行分析。随着计算机技术和计算流体力学的发展,采用数值模拟研究波浪对于群桩的作用不失为经济可靠的方法。首先,基于FLOW-3D软件,以Navier-Stokes方程作为波浪运动的控制方程,采用重整化群k-ε模型,利用差分法进行离散,并用GMRES法求解离散后的方程。之后,通过实验模型和理论公式验证所建立数值模型的精确性。其次,利用所建立的三维数值模型,分别研究不同波浪参数下,两串联圆形桩柱和方形桩柱的间距大小对作用在上游桩柱和下游桩柱上波浪荷载影响(其中,方形桩柱分为波浪入射角为0°角工况和45°角工况),给出了桩柱的的波浪荷载历时曲线、群桩系数、纵向波浪荷载和横向波浪荷载的比值以及总合力系数随桩柱间距的变化规律,并从桩柱周围自由液面和流场分析了桩柱的受力机理。最后,对圆形桩柱和方形桩柱上的波浪荷载、群桩系数、纵向波浪荷载和横向波浪荷载的比值以及总合力系数随桩柱间距的变化规律进行了归纳总结,研究了桩柱形状对作用在桩柱上波浪荷载的影响。
【关键词】：桩柱群 桩柱间距 波浪荷载 群桩系数 FLOW-3D
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV139.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 符合说明10-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究的背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 波浪理论发展现状12-14
• 1.2.2 波浪荷载研究现状14-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第二章 数值波浪水池模型19-31
• 2.1 Flow3D软件简介19
• 2.2 波浪运动的控制方程19-21
• 2.3 紊流模型21-22
• 2.4 边界条件和初始条件22-24
• 2.4.1 造波机造波边界22-24
• 2.4.2 其它边界条件24
• 2.5 控制方程的离散及求解24-29
• 2.5.1 控制方程的离散24-27
• 2.5.2 控制方程的求解27-29
• 2.6 模型的建立29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第三章 试验设备与量测技术31-35
• 3.1 波浪水槽31-32
• 3.2 压电式压力传感器32
• 3.3 压力数据采集系统32-33
• 3.4 桩柱模型33-35
• 第四章 桩柱间距对圆形桩柱波浪荷载的影响35-56
• 4.1 圆形桩柱数值模型的验证35-40
• 4.2 圆形桩柱波浪荷载历时曲线40-46
• 4.3 圆形桩柱间距对群桩效应的影响46-51
• 4.3.1 桩柱间距对群桩系数的影响46-48
• 4.3.2 桩柱间距对纵向荷载与横向荷载比值的影响48-50
• 4.3.3 桩柱间距对合力系数的影响50-51
• 4.4 原因分析51-55
• 4.4.1 桩柱周围自由液面变化规律51-53
• 4.4.2 桩柱间流场53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 桩柱间距对方形桩柱波浪荷载的影响56-76
• 5.1 方形桩柱数值模型的验证56-59
• 5.2 方形桩柱波浪荷载历时曲线59-61
• 5.3 方形桩柱间距对群桩效应的影响61-68
• 5.3.1 桩柱间距对群桩系数的影响61-65
• 5.3.2 桩柱间距对纵向群桩系数和横向群桩系数比值的影响65-67
• 5.3.3 桩柱间距对合力系数的影响67-68
• 5.4 原因分析68-75
• 5.4.1 桩柱周围自由液面变化规律68-70
• 5.4.2 桩柱间流场70-75
• 5.5 本章小结75-76
• 第六章 结论与展望76-79
• 6.1 结论76-77
• 6.2 展望77-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士学位期间发表论文情况82
• 攻读硕士学位期间申请的国家专利82-83
• 致谢83

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