随着港口建设日益向深水化、大型化方向发展,深水恶劣的海洋环境对防波堤设计理论和计算方法提出了新的、更高的要求。建立更为科学、合理的防波堤动力设计理论和计算方法是必然趋势。本文针对具有三维空间结构的座床式无底大直径薄壁圆筒防波堤在随机波浪作用下的动力响应进行了研究,主要成果如下。(1)根据作用在孤立式大直径墩柱结构上的波浪荷载随机过程的数值模拟,在Fortran语言环境中开发了作用在孤立式大直径墩柱结构上的随机波浪以及波浪荷载的数值模拟程序,根据其计算值与相应的连续式大直径薄壁圆筒结构上的波浪力实验值的比较,确定了连续式薄壁圆筒群墩影响系数K’_X,从而获得作用在连续式大直径薄壁圆筒防波堤上波浪荷载的随机过程,为其动力响应研究提供波浪动力参数。(2)根据实验结果,把座床式大直径薄壁圆筒防波堤在随机波浪作用下的动力过程分成为三种运动模态,即:摇摆、摇摆—小滑移、摇摆—大滑移运动模态。由此引入了侧向阻滑板—弹簧—阻尼器这种新的动力模型体系,建立了相应的动力平面模型,并推导出了各运动模态的动力方程。(3)根据座床式无底大直径薄壁圆筒防波堤系统的特点,提出了其附加质量计算公式以及地基单位转动刚度系数k’_φ与垂直刚度系数k’_y之间的关系,为大直径薄壁圆筒防波堤系统动力响应计算提供了动力参数计算条件。(4)利用大型有限元软件ANSYS中参数化设计语言即APDL,进行了二次开发,建立了座床式大直径薄壁圆筒防波堤动力计算的空间模型。采用线性竖向弹簧—阻尼系统模拟结构与基床土体间的接触,水平向边界条件同样采用阻滑板—弹簧—阻尼器系统模拟思路,并根据不同的运动模态分别在筒底节点上加水平铰、水平向线性弹簧和极限摩阻力来实现。此模型动力计算可获得更为精确的动力响应结果。(5)通过不同模型计算结果的比较和动力方法与规范中的拟静力方法计算结果的比较,获得了很多有益结果,为今后直立式防波堤的动力响应研究提供了良好的计算基础。从对实际工程的计算与验证表明,平面模型与空间模型均可对随机波浪作用下大直径薄壁圆筒防波堤的动力响应进行数值模拟,并能很好地反映大直径薄壁圆筒防波堤系统的动力运动全过程。