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异型布局防波堤消波性能分析方法研究

异型布局防波堤消波性能分析方法研究

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作者：赵帅江苏科技大学

学位级别：硕士

浮式防波堤作为一种新型防波堤结构,可作为水域的防浪掩护浮体。它具有环保,可迁移,工程造价低等优势,吸引了越来越多的学者和工程界的研究兴趣。而当前对多模块浮式防波堤系统下的研究主要是对简单的直线型布局进行开展的,由于实际海... 详细信息

浮式防波堤作为一种新型防波堤结构,可作为水域的防浪掩护浮体。它具有环保,可迁移,工程造价低等优势,吸引了越来越多的学者和工程界的研究兴趣。而当前对多模块浮式防波堤系统下的研究主要是对简单的直线型布局进行开展的,由于实际海域中往往具有多个浪向,因此对适用于多个浪向消波的异型布局浮式防波堤进行设计,并对其相关性能进行探索研究具有重要的学术价值和工程应用前景。本文提出了一种浮式防波堤异型布局形式,并给出了浮式防波堤系泊设计方案,基于水动力学基础理论建立了异型布局浮式防波堤水动力响应及消波效果数值分析方法,以南海典型海域为例,给出了其设计示例,对其水动力响应及消波效果进行了数值分析,完成了水池试验方案设计。本文的主要研究内容包括:（1）基于目标海域海况以及环境条件,提出了U型布局浮式防波堤总布置方案设计,包括浮式防波堤系泊系统的方案设计以及相关设计参数,并且为了对比异型布局和直线布局浮式防波堤的水动力性能及消波性能,提出了直线型布局浮式防波堤的总布置方案,设计直线型布局与U型布局的总长一致,并给出了浮式防波堤不同布局形式下的设计方案示例,以便于对其相关性能展开研究。（2）针对U型布局以及直线型布局浮式防波堤设计方案,建立频域水动力性能分析方法,以提出的设计示例为数值算例,得到了两种布局下的附加质量、辐射阻尼和运动响应幅值算子等频域谱,并对数值计算结果进行对比分析可得出:U型布局在纵摇自由度下的附加质量及辐射阻尼较其他自由度更大;运动响应幅值算子上,两种布局下的数值在低频下较大,主要运动响应都出现在纵荡、横荡与横摇自由度下。（3）针对U型布局以及直线型布局浮式防波堤设计方案,建立时域水动力性能及消波效果数值分析方法,以提出的设计实例为数值算例,根据典型工况计算两种布局在横浪以及斜浪下的运动响应,透射系数以及系泊缆张力,并对数值计算结果进行对分析可得出:在斜浪工况下,U型布局的运动响应相较于直线型布局是稳定,且U型布局的消波效果较横浪有所提升,而直线型的消波效果则是有所下降,由此可见在斜浪作用下U型布局比直线布局有着更好的掩护性能。（4）针对数值计算结果,在U型布局与直线型布局水动力性能及消波效果数值分析方法的基础上,提出了异型布局浮式防波堤水动力模型试验方案设计,给出了试验测量内容,并基于相似理论,对模型主尺度,试验工况,系泊系统参数以及连接结构主尺度等按照1:40的相似比进行设计,给出试验中的测量系统以及测点布置,提出了数据处理方法,为后续的试验研究奠定基础。根据本文计算结果表明,本文提出的浮式防波堤U型布局设计方案,在不同浪向角情况下均满足消浪要求,且在斜浪条件下,其消浪效果较直线型布局更佳,证明了该设计方案的可行性,具有一定的工程意义。

关键词：异型布局浮式防波堤消波性能运动响应

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异型布局防波堤系泊系统设计及水动力性能分析

异型布局防波堤系泊系统设计及水动力性能分析

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作者：葛江涛江苏科技大学

学位级别：硕士

作为重要的海岸防护结构物,防波堤通常用来抵御波浪。相比于造价相对较大的传统坐底防波堤,浮式防波堤因其低廉的造价、布置的快速而拥有更加广阔的工程意义,因此受到越来越多学者和研究人员的关注。然而国内外学者的研究工作主要是针... 详细信息

作为重要的海岸防护结构物,防波堤通常用来抵御波浪。相比于造价相对较大的传统坐底防波堤,浮式防波堤因其低廉的造价、布置的快速而拥有更加广阔的工程意义,因此受到越来越多学者和研究人员的关注。然而国内外学者的研究工作主要是针对浮式防波堤直线型布置开展的,鲜见对异型布置浮式防波堤的研究,相比于直线型布置浮式防波堤,其在多浪向的掩护效果更佳,但由于其系泊系统及浮载存在非对称性,整体水动力响应更为复杂,其响应的特点亟待研究。本文针对南海某海域,提出了两种浮式防波堤异型布局形式,为其设计了相应的系泊系统,并对其整体水动力性能进行了数值对比研究。本文的主要研究内容包括:（1）基于目标海域海况、掩护范围及条件,针对双圆筒型浮式防波堤,提出两种异型布局即弧型和V型布置形式以应对多浪向环境条件,同时给出了作为对比的直线型布局形式,并为每种布局设计相应的系泊布置。（2）介绍了系泊系统分析方法,考虑到目标环境,地形及掩护要求对所设计的三种布局进行系泊系统设计,采用集中质量法计算了两种异型布局下的张力,提供了受力相对较小的弧型布局系泊张力的数据,并对其进行了安全系数的校核。（3）采用非耦合计算方法对弧型布局进行了频域下的模拟计算,得到了其附加质量、辐射阻尼和运动响应幅值算子等频域谱,采用全耦合计算方法得到了时域下六自由度的运动响应。（4）对作为对比的直线型布局进行了频域分析,得出了其频域下的水动力性能,在此基础上考虑环境载荷、系统系泊的影响,采用低阶面源法在时域范围内共同求解浮体的波频和低频运动响应。采用动态分析方法对系泊系统进行分析,考虑了缆绳重量、缆绳水动力载荷等对系泊系统的影响,得出了此布局下系泊系统的张力,为后续章节中的对比分析提供基础。（5）对直线型布局与弧型布局进行对比分析,比较其频域及时域下的水动力性能。频域对比结果显示,弧型布局在纵摇自由度下的附加质量及辐射阻尼较其他自由度更大;运动响应幅值算子上,两种布局下的数值在低频下较大,主要运动响应都出现在纵荡、横荡与横摇自由度下。时域对比结果表明,受力上,直线型布局在横浪下的受力较小,弧型布局在斜浪下的受力较小,两种布局下的系泊张力总体相当,系泊安全系数均满足规范要求。主要运动响应上,直线型布局在纵荡与横荡响应上相对较大,在横浪工况下横摇响应剧烈,在斜浪工况下的横摇响应相对缓和,横摇运动响应受浪向影响较大,而弧型布置下的运动响应受浪向的影响较小,总体上运动更加平稳,水动力性能更好。

关键词：异型布局浮式防波堤运动响应系泊缆张力

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异型布局浮式防波堤连接结构设计及强度分析

异型布局浮式防波堤连接结构设计及强度分析

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作者：毛向前江苏科技大学

学位级别：硕士

随着陆地资源的消耗,能源短缺逐渐成为人类面临的一大难题,资源开采逐渐向深海迈进。我国南海上有无数群岛岛礁且蕴藏着数不清的海洋资源,而浮式结构物的广泛应用大大方便了海洋资源的开采,大多海洋结构物处在离岸较远的远海,施工时常... 详细信息

随着陆地资源的消耗,能源短缺逐渐成为人类面临的一大难题,资源开采逐渐向深海迈进。我国南海上有无数群岛岛礁且蕴藏着数不清的海洋资源,而浮式结构物的广泛应用大大方便了海洋资源的开采,大多海洋结构物处在离岸较远的远海,施工时常常会受到风浪的干扰,造成重大的经济损失。浮式防波堤可以为作业区域提供相对平静的海洋环境。与坐底式防波堤相比,浮式防波堤造价更低廉,安装拆卸较方便,不易产生泥沙淤积。众多优点使得越来越多的专家学者把目光聚焦到浮式防波堤上。目前,对浮式防波堤的研究大多集中在浮式防波堤的构型与防浪消波效果方面,大多数浮式防波堤均采用了直线型布局,而异型布局浮式防波堤对多浪向的掩护效果更佳,但其受到的波浪载荷与连接结构的设计却更加复杂。本文提出了弧型布局与V型布局,并针对这两种布局进行了连接结构的设计与强度分析,论文主要包括以下内容:（1）异型布局浮式防波堤连接结构的设计。为了提高浮式防波堤对多浪向的掩护效果,提出了浮式防波堤的异型布局,分别给出弧型布局和V型布局两种布局的总布置设计方案,针对这两种异型布局进行连接结构方案的设计研究,针对每种方案,给出了连接结构的构型、材料参数和结构尺寸。（2）异型布局浮式防波堤总体强度计算与分析。先对异型布局浮式防波堤进行整体水动力分析,得出比较危险的模块,对危险模块再取关键剖面,对所取剖面进行波浪载荷预报,可得危险工况下的设计波参数,在危险工况下对结构进行总体强度计算与分析,并对浮式防波堤局部结构进行优化。（3）异型布局浮式防波堤连接结构强度计算与分析。对多模块异型布局浮式防波堤进行水动力时域分析,对两种布局下不同连接方案分别进行连接结构载荷计算,给出了部分连接结构的载荷响应时域曲线和所有连接结构在时域历程中载荷响应的最大值,选择较优方案对其进行连接结构强度计算分析。

关键词：浮式防波堤波浪载荷异型布局强度分析连接结构

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