基于現(xiàn)場實驗的海洋結(jié)構(gòu)隨機冰荷載分析.pdf

1、本文基于對冰荷載測量現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)的分析，對作用在冰區(qū)海洋結(jié)構(gòu)上的隨機冰荷載進行了研究。 為了研究作用在海洋結(jié)構(gòu)上的冰荷載以及冰激結(jié)構(gòu)振動問題，在渤海JZ9-3海域的GCP平臺，MDP系纜樁以及JZ20-2海域的三座加錐海洋平臺，建立了完備的原型結(jié)構(gòu)冰荷載測量系統(tǒng)，進行了長期的現(xiàn)場冰荷載測量實驗。同時在合作開展的歐盟LOLEIF和STRICE項目中，在瑞典的Norstromsgrund燈塔(直立結(jié)構(gòu))進行了系統(tǒng)的冰荷載現(xiàn)場測量工作

2、。在實驗中利用壓力盒對直立結(jié)構(gòu)，錐體結(jié)構(gòu)上的冰荷載進行了直接測量；利用加速度傳感器對冰激結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)進行了測量；利用攝像頭對冰速，冰厚及冰與結(jié)構(gòu)作用過程等相關(guān)信息進行了視頻記錄。實驗中，得到了大量高質(zhì)量的冰荷載數(shù)據(jù)。 通過對直立結(jié)構(gòu)上現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)直立結(jié)構(gòu)常見振動為較強的隨機振動，此時冰快速運動并發(fā)生連續(xù)擠壓破碎；而冰慢速運動時結(jié)構(gòu)發(fā)生的自激振動振幅最大。通過對壓力盒冰荷載數(shù)據(jù)及冰擠壓破碎過程的分析，基于連續(xù)擠壓破碎冰

3、力分形特征，利用Weierstrass函數(shù)對擠壓破碎冰力時程進行了模擬，建立了冰力模型；通過對連續(xù)擠壓破碎冰力數(shù)據(jù)進行譜分析，引入風荷載譜分析理論，在頻域上建立了冰力譜模型。同時發(fā)現(xiàn)，擠壓破碎最大冰力具有明顯的尺寸效應(yīng)。基于這一發(fā)現(xiàn)給出了擠壓破碎最大冰力的計算方法。該方法與利用斷裂力學理論分析擠壓破碎過程得到的最大冰力計算公式符合良好。 通過對錐體結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)數(shù)據(jù)及冰荷載數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)作用在窄錐結(jié)構(gòu)上的冰力具有一定周期性，可以

4、引起柔性海洋結(jié)構(gòu)的冰激振動。壓力盒冰力數(shù)據(jù)顯示作用在窄錐上的冰力可以簡化為具有一定周期幅值的三角形冰力脈沖。通過對冰力周期，幅值樣本的統(tǒng)計分析，確定了冰力周期、幅值的隨機分布及確定方法，建立了隨機冰力函數(shù)。通過對冰力數(shù)據(jù)的譜分析，得到了窄錐結(jié)構(gòu)上的冰力譜形式。發(fā)現(xiàn)冰力譜介于窄帶寬帶之間，可以用Neumann譜進行模擬。通過對譜參數(shù)與冰力參數(shù)關(guān)系的分析，建立了窄錐結(jié)構(gòu)上的冰力譜模型。同時對冰與錐體作用的相關(guān)問題進行了討論，分析了加錐對結(jié)構(gòu)