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1、波浪-海床耦合系统动力有限元分析2006年5月第5期总第388期水运工程Port&WaterwayEngineeringMay2006No.5Seria1No.388结构一波浪一海床耦合系统动力有限元分析唐云.任增金(1.中交第四航务工程勘察设计院,广东广州510230,2.中交水运规划设计院,北京100007)摘要:基于MSC.Marc软件平台,建立了结构一波浪一海床耦合系统的有限元计算模型,并通过二次开发,成功地将土动力学中广泛用于计算土体在动荷载作用下响应的等效线性算法引入软件中.对模型进行了动力计算,考察了此类结构在动力荷载下的响
2、应.关键词:结构一波浪一海床耦合系统;等效线性算法;土动力学中图分类号:P731.22文献标识码:A文章编号:1002—4972(2006)05—0008—05DynamicAnalysisofStructure-Wave-SeabedCouplingSystembyApplyingFiniteElementMethodTANGYun,RENZeng-jin.(1.CTE—GuangzhouDesign&ConsultingCorp.,Guangzhou510230,China;2.ChinaCommunicationsPlanning&
3、amp;DesignInstituteforWaterTransportation,Beijing100007,China)Abstract:BasedonMSC.Marcsoftware.aFEMmodelofstructure-wave—seabedcouplingsystemisestablishedandthewidelyusedequivalentlinearityarithmeticinsoildynamicsisintroducedintotheMSC.Marcsoftwarebyseconddevelopment.Dynamica
4、nalysisofthismodelisca~iedoutbyapplyingthismethodforreviewingtheresponseofthiskindofstructureunderdynamicload.Keywords:structure-wave-seabedcouplingsystem;equivalentlinearityarithmetic;soildynamics在港口及近海工程领域.结构一波浪一海床耦合系统常见于码头,防波堤以及桶形基础平台等结构,这类结构通过深嵌于海床的地基并主要依靠地基的嵌固作用,在风,流,冰等环
5、境条件特别是在随机波浪的持续和长期作用下保持稳定.对于这类系统的稳定性及其失稳破坏机理的研究.一直是工程界悬而未决且非常关注的问题.也是结构一波浪一海床相互作用数值仿真分析中极具挑战性的课题.作者曾在文献[1】中结合试验资料对该类结构系统进行了静力分析,然而计算结果同试验结果有很大的差异.这说明静力分析并不能体现结构系统的变形特征,更不能反映结构的失稳破坏机理.这主要是由于土体在材料构成上的复杂性,使得土在动荷载作用下的强度和变形特性与静力作用下的强度和变形特性有很大的差异.因此,非常有必要对结构一波浪一海床的耦合系统进行动力分析.本文基于MSC
6、公司的MSC.Marc有限元软件平台,通过二次开发,将土动力学中的等效线性模型及等效线性化算法引入软件中,结合在随机波浪水槽中进行的模型实验.建立了大直径圆筒结构一波浪一海床的有限元计算模型,并采用该算收稿日期:2005—02—16作者简介:唐云(1980一),男,硕士,从事港口,航道工程设计及施工管理.第5期唐云.任增金:结构一波浪一海床耦合系统动力有限元分析?9?法对模型进行动力分析.以考察结构系统的动力响应.为此类结构的失稳破坏研究奠定基础.2计算模型为与试验结果及文献[1]所做的静力计算结果进行对比.动力分析模型完全比照在随机波浪水槽中进
7、行的模型实验并采用与文献[1]中模型完全相同的网格划分.模型分2种工况:在大直径圆筒和土体之间不设置接触面或设置接触面.2种工况下模型均简化为平面应变问题处理.如图l所示.土层宽3.6m,高0.7m,土性指标见表1.圆筒直径0.4m.高1m,插入土层中央0.5m深.水深0.4m,有效波高H分别取0.1m和0.2m,对应平均周期分别为l.42s和2.2s.波压力幅值大小按《海港水文规范》(Jrr_I2l3—98)中作用于圆柱形体的波浪力公式计算并结合实测波压力乘以相应调整系数.且假定波压力按正弦规律变化作用于大圆筒前沿.(I11设置接触面图1计算模
8、型示意图表1地基土物理学性质指标含水率容重压缩模量固结快剪孔隙比泊松比%kN?m3MPa'c/kPa54,2l6,2l,6080.392
