Druckschlagbelastung auf schlanke zylindrische Bauwerke durch brechende Wellen : theoretische und großmaßstäbliche Laboruntersuchungen-

Wienke, Jan

Im Bereich des See- und Hafenbaus stellt der schlanke Kreiszylinder eine typische Bauwerkskomponente dar. Seine Seegangsbelastung wird gewöhnlich nach der empirischen Morison Gleichung bestimmt. In dieser Arbeit wird der Sonderfall der Belastung durch brechende Wellen untersucht. Die Brecherbelastung wird in einen quasistatischen und einen dynamischen Lastanteil zerlegt. Die quasistatische Last wird in guter Näherung durch die Morison Gleichung beschrieben, während der dynamische Anteil dem Stoß der Wassermasse gegen den Zylinder zugeordnet wird. Das zeitliche Verhalten und die Intensität dieser Stoßbelastung werden analysiert. Die theoretische Beschreibung basiert auf der 2-dimensionalen Beschreibung von Wagner (1932), die auf die gesamte Dauer des Druckschlags extrapoliert und auf den 3-dimensionalen Fall erweitert wird. Auf diese Weise wird eine analytische Beschreibung für die Kraft des Druckstoßes entwickelt. Großmaßstäblichen Experimente bestätigen die 2-dimensionale theoretische Beschreibung durch die Übereinstimmung mit der gemessenen lokalen Druckbelastung eines Testzylinders. Die 3 dimensionale theoretische Beschreibung wird mit der aus den gemessenen Lagerkräften ermittelten Gesamtbelastung verglichen. Aus diesem Vergleich wird der in der theoretischen Beschreibung enthaltene curling Faktor bestimmt. Die experimentellen Untersuchungen beschränken sich auf Sturzbrecher, die sich im Wellenkanal aus interferierenden Wellenpaketen bilden. Die Variation des Abstands zwischen Brechpunkt und Zylinder führt zu einer Klassifikation der Brecher. Die Abhängigkeit der Stoßkraft von der Neigung des Zylinders entlang und entgegen der Wellenrichtung wird in fünf Versuchsreihen ermittelt.

Offshore and harbour structures are often composed of slender cylinders. Wave forces on these cylinders are usually calculated by the empirical Morison equation. In this thesis the special case of breaking waves acting on the cylinder is examined. The load is distributed into a quasistatic and a dynamic part. The quasistatic load is given by the Morison equation in a good approach, whereas the dynamic part is related to the impact of a mass of water on the cylinder. The time history and the intensity of this impact force are analysed. The theoretical description is based on the 2-D description of Wagner (1932), which is extrapolated to the total duration of the impact and extended to the 3-D case. In this way, an analytical description for the impact force is developed. Large-scale experiments prove the theoretical 2-D description by agreement with measured local pressures on the test cylinder. The theoretical 3-D description is compared with the total force which is determined by the measured forces at the bearings. By this comparison the curling factor which is included in the theoretical description is determined. The experimental investigations are restricted to plunging breakers which are generated in the wave channel by superposition of wave packets. A classification of the breaking waves is related to the distance between breaking location and cylinder. The dependency of the impact force on the yaw angle of the cylinder in and against wave direction is determined in five test series.

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Wienke, Jan: Druckschlagbelastung auf schlanke zylindrische Bauwerke durch brechende Wellen : theoretische und großmaßstäbliche Laboruntersuchungen-. 2001.

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