補充波浪對海工建筑物的作用PPT課件

1、關(guān)于波浪對直墻式建筑物的作用力，本節(jié)將介紹兩大類的計算方法。第一類是海港水文規(guī)范中規(guī)定的方法，它需要首先判別直立墻（堤）前的波浪形態(tài)，然后根據(jù)不同的波態(tài)分別選用不同的計算公式。第二類是目前國際上比較通用的由日本合田良實提出的方法，其普遍性的波浪壓力公式可適用于立波和破波等各種波態(tài)。第1頁/共64頁b靜水面da 暗基床直墻式itgb靜水面1db 明基床直墻式id2d直墻式建筑物的基本類型第2頁/共64頁一、直墻式建筑物的波態(tài)二、立波作用力1、立波、立波2、遠破波、遠破波3、近破波、近破波三、破波作用力1、淺水立波法、淺水立波法2、森弗羅簡化法、森弗羅簡化法3、插值法、插值法4、歐拉坐標一次近似法

2、、歐拉坐標一次近似法5、合田良實法、合田良實法1、遠破波作用力、遠破波作用力2、近破波作用力、近破波作用力第3頁/共64頁一、直墻式建筑物的波態(tài)一、直墻式建筑物的波態(tài)根據(jù)海港水文規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，在確定波浪對直墻式建筑物的作用力時，應(yīng)判別墻前的波態(tài)。直立墻前的波態(tài)通常有、和三種。第4頁/共64頁波浪將在墻面上完全反射，反射波與入射波相疊加形成的波。在墻前半波長或稍遠處發(fā)生破碎的波浪，稱為遠破波。 在墻面或其附近發(fā)生破碎的波浪，稱為近破波。第5頁/共64頁直墻式建筑物前的三種波態(tài)，按下表確定： 基床類型 產(chǎn)生條件 波 態(tài) 暗基床和低基床 立 波 遠破波 中基床 立 波 近破波 高基床 立 波 近破

3、波 123dd8,28,1.8Tg ddHTg ddH8,2,1 108,1.8,1 10Tg ddH iTg ddH i11233dd11.8dH11.8dH113dd11.5dH11.5dH第6頁/共64頁 表中H為建筑物所在處進行波的波高，根據(jù)表的規(guī)定，應(yīng)采用 ；d為墻前水深（m）； 為基床上水深（m）；i為墻前海底坡度。 當(dāng)明基床上有護肩方塊，且方塊的寬度大于波高H時，宜用方塊上的水深d2代替基床上水深d1以確定波態(tài)和波浪力。 當(dāng)暗基床或低基床直立堤前水深d1/10時,墻前可能出現(xiàn)近破波,此時應(yīng)由模型試驗來確定波態(tài)和波浪力。說明：1%H1d第7頁/共64頁二、立波作用力二、立波作用力方

4、 法 適用條件 1 基于橢圓余弦波的淺水立波法2 方法1和3的內(nèi)插法3 森弗羅簡化法4 歐拉坐標一次近似法 在海港水文規(guī)范中，主要根據(jù)相對水深d/L的情況，分別采用四種不同方法計算立波作用力，如下表所示11.8dH第8頁/共64頁1 1、淺水立波法、淺水立波法當(dāng) ；d/L=0.05-0.12時，可采用淺水立波法計算直墻式建筑物上波峰作用力和波谷作用力。 11.8dH波峰作用時立波壓力分布圖（ d/L=0.05-0.12 ）靜水面2dchcacpocpbcpdcpucPcPd第9頁/共64頁波面高程按下公式計算：式中：mcHBdd0.5941*2.31042.5907BT2*/ 0.009130

5、.6361.2515mTTT*/TTg d*mcmT波面高程（ ）；系數(shù)；無因次周期。B系數(shù)第10頁/共64頁在靜水面以上 處的墻面壓力強度按下式計算：式中：ch1.672/2212max 0.6366184.23264/,1.0ccacochddnppddnnnH dmcach 波浪壓力強度p 在靜水面以上的作用點位置（ ）；n靜水面以上波浪壓力強度分布曲線的指數(shù)，其值取式中兩數(shù)的大值14accocqppphppABH dd與 對應(yīng)的墻面波壓力強度（kPa）;及墻面上其它各特征點的波壓力強度按下式計算：第11頁/共64頁 波壓 計算式0.02901-0.000112.140820.14574

6、-0.024030.91976-0.18-0.000153 2.543411.31427-1.20064-0.6736-3.073722.915850.11046-0.032910.174530.650740.037650.464432.916980.062201.32641-2.975570.28649-3.8676638.419511,A B22,A B b,c 12 *pAAAT12 *pBBB T*2*TqTbTcocpdbcpddcpdocpdocpdbcpdbcpddcpddcpdppABq系數(shù)、和（波峰作用）第12頁/共64頁若計算得出若計算得出 ，則取，則取 ， 為自海底起算高

7、度為為自海底起算高度為d/2d/2處的波壓力強度。處的波壓力強度。 bcocppbcocppbcp注意：第13頁/共64頁單位長度墻身上的水平總波浪力計算： 單位長度墻身上的水平總波浪力矩：2221214caccoccbcdcPpphppdd ddddd/CPkN m式中：單位長度墻身上的水平總波浪力20312111111542324424caccccoccbcdcMphphhppdddddddddd(/)cMkN m m式中：單位長度墻身上的水平總波浪力矩第14頁/共64頁單位長度墻底面上的波浪浮托力計算：2dcucbpP ucPb式中：單位長度墻底上的波浪浮托力(kN/M)直墻的底寬(m)

8、第15頁/共64頁 波谷作用時立波壓力分布圖（ d/L=0.05-0.12 ）靜水面dtputPtPdotpt第16頁/共64頁波谷的波面在靜水面以下的高度按下式計算：墻面上各特征點的波壓力強度均按下式計算 /qtppABH dd/qpppABH dd式中：p墻面上各特征點的波壓力強度（kPa）,PpdtotdtotABqpppp系數(shù)和 按表確定。若計算得出則取,totpppABqd式中：波谷的波面在靜水面以下的高度（m）按下表中與欄對應(yīng)的值確定第17頁/共64頁 波壓 計算式 0.0397-0.00018 1.95 1.687 0.16894 -2.0195 0.98222 -3.06115

9、 -0.2848-2.19707 0.92802 0.2350 2.599 -0.8679 0.07092 20.1565 -1.9723 0.1332911,A B22,A B b,c 12*pAAA T12 *pBBB T*cTbqT eotpdppABq系數(shù)、和 （波谷作用）dtpd2 *1*0.1A TpAAT eotpddtpdotpddtpd第18頁/共64頁單位長度墻身上的水平總波浪力（負值）： 2112totdttPppddddtP式中： 單位長度墻身上的水平總波浪力（kN/m）單位長度墻底面上的波谷浮托力（負值，方向向下） 2dtutbpP 注意：波谷浮托力實際上為在原有的靜

10、水浮力上減少的動水浮托力。通常計算中把靜水浮力作為不變，因此波谷浮托力的方向向下。第19頁/共64頁2、森弗羅簡化法當(dāng) 和d/L=0.139-0.2時，可采用森弗羅簡化法計算直墻式建筑物上的立波作用力。1 30H L 第20頁/共64頁森弗羅簡化法立波波峰壓力圖靜水面spuPPdi波浪中心線bpdpsh1d2ddpdbHH第21頁/共64頁超高 ：立波的波浪中線超出靜水面的高度。sh22sHdhchLL波峰壓力：0；在靜水面以上的高度為 sHh水底處的波浪壓力強度 2dHpdchL靜水面處的波浪壓力強度 ssdsHhppddHh第22頁/共64頁墻底處墻底處的波浪壓力強度的波浪壓力強度 1bs

11、sddppppd單位長度墻身上的總波浪力21112sbHhdpddP墻底面上的波浪浮托力 2bubpP 第23頁/共64頁森弗羅簡化法立波波谷壓力圖靜水面spuPPdi波浪中心線bpdpsh1d2ddpbHH第24頁/共64頁靜水面處的波浪壓力強度為零 水底處的波浪壓力強度 2dHpdchL靜水面以下深度 處的波浪壓力強度 sHhsspHh墻底處的波浪壓力強度 1bssdssdhHppppdhH第25頁/共64頁單位長度墻身上的總波浪力（方向與波向相反） 墻底面上的波浪力（方向向下） 21112sbdhdHdpP2bubpP 第26頁/共64頁 海港水文規(guī)范規(guī)定當(dāng) 和 (相當(dāng)于 )時，可由淺水

12、立波法與森弗羅簡化法的內(nèi)插值來確定立波作用力。 設(shè)為實際波況時的 ，則立波的波面高程，波浪壓強、波浪力和波浪力矩等量值可按下式進行計算： 1.8dH0.12/0.139d L*98T*/TTg d*8898TXXXXT*8*9*89TXXTH dXTH d式中：實際波況時的波面高程、波浪壓強、波浪力和波浪力矩等各量值；由和實際波況的，按森弗羅簡化法算得的各量值；由和實際波況的，按淺水立波法算得的各量值；第27頁/共64頁當(dāng) 和 時，可采用歐拉坐標一次近似法計算直墻式建筑物上的立波波峰作用力。 1 30H L 0.2/0.5d L第28頁/共64頁立波波峰壓力分布圖靜水面spuPPdibpdp1

13、dbHzpZ第29頁/共64頁靜水面以上高度H處的波浪壓力強度為0 靜水面處的波浪壓力強度 spH靜水面以上波浪壓力強度按直線分布 靜水面以下深度z處的波浪壓力強度 22zdzchLpHdchL第30頁/共64頁水底處波浪壓力強度 墻底處波浪壓力強度 單位長度墻身上的總波浪力 2dHpdchL122bddchLpHdchL12212222ddshHLdLPHthdLchL第31頁/共64頁繪制墻面上波壓力分布圖時，可用不少于5個點的壓力強度值，其中包括波峰處的壓力零點、 和 spbp當(dāng)為暗基床時， 改用 bpdp墻底面上的波浪浮托力 2bubpP 波谷作用時仍采用森弗羅簡化法的有關(guān)公式計算 當(dāng)

14、 時，靜水面以下深度z=L/2處的波浪壓力強 度可取為0，波峰作用下 和0.5d L 22zdzdpH chchLL22sHdhchLL波谷作用下的 的d均改用L/2.第32頁/共64頁合田良食法是根據(jù)大量的模型試驗以及對原體防波堤的檢驗，提出的一個既可計算立波又可計算破波作用力的公式。目前，這個公式不僅通行于日本，而且也為眾多的歐美國家所采納。第33頁/共64頁合田良實法的波峰壓力圖靜水面spdupdp1d2d第34頁/共64頁圖示為直立堤斷面，假定作用在墻面上的波峰壓力為直線分布：在靜水面以上 處，波壓力為0；靜水面處波壓 最大；水底處的波壓為 。 spdp,sdpp的計算公式： 1.5H

15、12spHsdppchkd21120.622kdsh kd23222322min;3dddHddH第35頁/共64頁式中：2kkL波數(shù)，35d 墻前 倍有效波高處的水深墻底處的波壓：313111bsppddchkd 墻底面上的浮托壓力假定為三角形分布，墻后踵處為0，墻前趾處：13upH 221;ddd基床護面層上的水深，若無護面層，則合田良實公式的只能計算，對于波谷作用力一般仍用森弗羅簡化法的有關(guān)公式計算。第36頁/共64頁三、破波作用力三、破波作用力(1)波峰作用力遠破波波峰壓力分布圖靜水面spuP2dHi(0.50.6)dsppbH0.7sp2H第37頁/共64頁系數(shù)K1靜水面以上高度H處

16、的波浪壓強為0 靜水面處波浪壓強 12spK K H式中： 12iKKL H水底坡度 的函數(shù)，見下表；波坦的函數(shù)，見下表。底坡i 1/101/251/401/501/601/801.89 1.541.40 1.37 1.33 1.29 1.25 1001K注：底坡i可取建筑物前一定距離內(nèi)的平均值。第38頁/共64頁系數(shù)K2波坦 14 15 16 17 18 19 20 21 221.011.06 1.121.171.211.261.301.34 1.37波坦 23 24 25 26 27 28 29 301.411.441.461.491.501.521.541.55L HL H2K2K第39

17、頁/共64頁靜水面以上的波浪壓強按直線變化靜水面以下深度z=H/2處的波浪壓強 0.7zspp水底處的波浪壓強 1.7,0.6;1.7,0.5;dsdsd Hppd Hpp墻底面上的波浪浮托力2dubpP0.7波浪浮托力分布圖的折減系數(shù)，可采用。第40頁/共64頁(2)波谷作用力遠破波波谷壓力圖靜水面2H0.5pH第41頁/共64頁靜水面處波浪壓強為0 靜水面以下，自深度z=H/2至水底處的波浪壓強均為 0.5pH墻底面上的波浪力（方向向下）為 2ubpP 第42頁/共64頁若在建造建筑物前，波浪在該處或較遠處已發(fā)生破碎時，對于i在1/140-1/50范圍內(nèi)的較緩底坡，可用波高H=0.78d代

18、入式 計算波浪力； 當(dāng)?shù)灼略谏鲜龇秶酝鈺r，可用相應(yīng)的極限波高代入式 作初步估算，但應(yīng)通過模型試驗驗證。12spK K H12spK K H第43頁/共64頁 波峰作用 近破波波峰壓力圖靜水面spuPdibp1dbZ第44頁/共64頁靜水面以上高度z處的波浪壓強為0 ，z按下式計算： 10.270.53dzHH靜水面處的波浪壓強分兩種情況計算111111121(1)331.251.80.161 0.1311(2)341.2513.9 36.40.671.031 0.13ssddHHpHdddddHHpHddd當(dāng)時：當(dāng)時：第45頁/共64頁墻底處的波浪壓強墻底處的波浪壓強 0.6bspp墻底面的

19、波浪浮托力 2bubpP0.7波浪浮托力分布圖的折減系數(shù)，可采用。10.6dH注意：適用條件為 第46頁/共64頁四、斜向波作用力四、斜向波作用力上面介紹的均為入射波向與海工建筑物軸線正交，即正向作用時的波浪力計算方法。斜向波對建筑物的作用是更為普遍的問題，但是由于其作用性質(zhì)復(fù)雜，因此有關(guān)的計算方法也不成熟。 第47頁/共64頁假定入射波與建筑物軸線的夾角假定入射波與建筑物軸線的夾角 ， 反射波與建筑物軸線的夾角反射波與建筑物軸線的夾角 根據(jù) 角的大小，將反射波分為：（1）當(dāng) 角大于約 時， ，即為規(guī)則波。045（2）當(dāng) 角約在 至 之間時，將產(chǎn)生類似于聲學(xué)中所謂“馬赫（Mach）反射”的現(xiàn)象

20、，此時除入射波和反射波外，在墻前還出現(xiàn)波峰線與墻軸線相垂直的馬赫干涉波。馬赫干涉波的波高大于入射波高；反射波的波高則小于入射波高，且 。 020045（3）當(dāng) 角小于約 時，入射波的波峰線在墻前轉(zhuǎn)折為與墻軸線相垂直的馬赫干涉波，而不產(chǎn)生反射波。020第48頁/共64頁在斜向波作用時，直立墻上的波浪力將決定于墻前干涉波的波高?，F(xiàn)有的有關(guān)斜向波作用力折減系數(shù)的經(jīng)驗公式，都表明 時，折減系數(shù)為1； 時，折減系數(shù)為0.5；一般都可近似采用以下公式： 090001 21 cos2PK090PK式中：斜向波作用力折減系數(shù)，即斜向波浪力與正向波浪力的比值；波向線與墻軸線的法線間的夾角， =第49頁/共64頁

21、2 波浪對斜坡式建筑物的作用 護底塊石護面層墊層無胸墻的斜坡式建筑物第50頁/共64頁頂部有胸墻的斜坡式建筑物第51頁/共64頁一、斜面護面板的波浪力一、斜面護面板的波浪力 二、斜坡頂部胸墻作用力二、斜坡頂部胸墻作用力2 波浪對斜坡式建筑物的作用 第52頁/共64頁一、斜面護面板的波浪力 在斜坡式建筑物的設(shè)計中。通常只對鋼筋混凝土平板或柵欄板護面，需要考慮波浪的作用力，以核算板的斷面強度及抗裂度。第53頁/共64頁圖 斜坡護面平板的波壓力分布圖下圖給出了 的條件下，作用在整體或裝配平板護面上的波壓力分布圖。1.55.0m2p3z2z3l4l2l1l第54頁/共64頁最大波壓力 ：212pk k p H3122/0.854.80.028 1.510 15 20 25 351.0 1.15 1.3 1.35 1.482kN mHHkmLLHkkLp式中： 水的重度系數(shù)系數(shù) ：當(dāng)為、 、 、 、 時， 分別為、 、斜坡上點 的最大相對波壓力，按表中給出的數(shù)值采用。 0.5 1.0 1.5 2.