补充：波浪对海工建筑物的作用.ppt

海岸工程学 2013年3月 李俊花 波浪对海工建筑物的作用 1波浪对直墙式建筑物的作用 2波浪对斜坡式建筑物的作用 1波浪对直墙式建筑物的作用 关于波浪对直墙式建筑物的作用力 本节将介绍两大类的计算方法 第一类是 海港水文规范 中规定的方法 它需要首先判别直立墙 堤 前的波浪形态 然后根据不同的波态分别选用不同的计算公式 第二类是目前国际上比较通用的由日本合田良实提出的方法 其普遍性的波浪压力公式可适用于立波和破波等各种波态 直墙式建筑物的基本类型 一 直墙式建筑物的波态 二 立波作用力 1 立波 2 远破波 3 近破波 三 破波作用力 1 浅水立波法 2 森弗罗简化法 3 插值法 4 欧拉坐标一次近似法 5 合田良实法 1 远破波作用力 2 近破波作用力 一 直墙式建筑物的波态 根据 海港水文规范 的有关规定 在确定波浪对直墙式建筑物的作用力时 应判别墙前的波态 直立墙前的波态通常有立波 远破波和近破波三种 1 波态定义 立波 波浪将在墙面上完全反射 反射波与入射波相叠加形成的波 远破波 在墙前半波长或稍远处发生破碎的波浪 称为远破波 近破波 在墙面或其附近发生破碎的波浪 称为近破波 直墙式建筑物前的三种波态 按下表确定 2 波态的判别 表中H为建筑物所在处进行波的波高 根据表的规定 应采用 d为墙前水深 m 为基床上水深 m i为墙前海底坡度 当明基床上有护肩方块 且方块的宽度大于波高H时 宜用方块上的水深d2代替基床上水深d1以确定波态和波浪力 当暗基床或低基床直立堤前水深d1 10时 墙前可能出现近破波 此时应由模型试验来确定波态和波浪力 说明 二 立波作用力 在 海港水文规范 中 主要根据相对水深d L的情况 分别采用四种不同方法计算立波作用力 如下表所示 1 浅水立波法 当 d L 0 05 0 12时 可采用浅水立波法计算直墙式建筑物上波峰作用力和波谷作用力 1 波峰作用力 波峰作用时立波压力分布图 d L 0 05 0 12 波面高程按下公式计算 式中 在静水面以上处的墙面压力强度按下式计算 式中 若计算得出 则取 为自海底起算高度为d 2处的波压力强度 注意 单位长度墙身上的水平总波浪力计算 单位长度墙身上的水平总波浪力矩 单位长度墙底面上的波浪浮托力计算 2 波谷作用力 波谷作用时立波压力分布图 d L 0 05 0 12 静水面 波谷的波面在静水面以下的高度按下式计算 墙面上各特征点的波压力强度均按下式计算 式中 p 墙面上各特征点的波压力强度 kPa 单位长度墙身上的水平总波浪力 负值 单位长度墙底面上的波谷浮托力 负值 方向向下 注意 波谷浮托力实际上为在原有的静水浮力上减少的动水浮托力 通常计算中把静水浮力作为不变 因此波谷浮托力的方向向下 2 森弗罗简化法 当和d L 0 139 0 2时 可采用森弗罗简化法计算直墙式建筑物上的立波作用力 1 波峰作用 超高 立波的波浪中线超出静水面的高度 波峰压力 0 在静水面以上的高度为 水底处的波浪压力强度 静水面处的波浪压力强度 墙底处的波浪压力强度 单位长度墙身上的总波浪力 墙底面上的波浪浮托力 2 波谷作用 森弗罗简化法立波波谷压力图 静水面处的波浪压力强度为零 水底处的波浪压力强度 静水面以下深度处的波浪压力强度 墙底处的波浪压力强度 单位长度墙身上的总波浪力 方向与波向相反 墙底面上的波浪力 方向向下 3 插值法 海港水文规范 规定当和 相当于 时 可由浅水立波法与森弗罗简化法的内插值来确定立波作用力 设为实际波况时的 则立波的波面高程 波浪压强 波浪力和波浪力矩等量值可按下式进行计算 4 欧拉坐标一次近似法 当和时 可采用欧拉坐标一次近似法计算直墙式建筑物上的立波波峰作用力 静水面以上高度H处的波浪压力强度为0 静水面处的波浪压力强度 静水面以上波浪压力强度按直线分布 静水面以下深度z处的波浪压力强度 水底处波浪压力强度 墙底处波浪压力强度 单位长度墙身上的总波浪力 绘制墙面上波压力分布图时 可用不少于5个点的压力强度值 其中包括波峰处的压力零点 和 当为暗基床时 改用 墙底面上的波浪浮托力 注意 波谷作用时仍采用森弗罗简化法的有关公式计算 当时 静水面以下深度z L 2处的波浪压力强度可取为0 波峰作用下和 波谷作用下的的d均改用L 2 5 合田良实法 合田良食法是根据大量的模型试验以及对原体防波堤的检验 提出的一个既可计算立波又可计算破波作用力的公式 目前 这个公式不仅通行于日本 而且也为众多的欧美国家所采纳 合田良实法的波峰压力图 图示为直立堤断面 假定作用在墙面上的波峰压力为直线分布 在静水面以上处 波压力为0 静水面处波压最大 水底处的波压为 的计算公式 式中 墙底处的波压 墙底面上的浮托压力假定为三角形分布 墙后踵处为0 墙前趾处 注意 合田良实公式的只能计算波峰作用力 对于波谷作用力一般仍用森弗罗简化法的有关公式计算 三 破波作用力 1 远破波作用力 1 波峰作用力 系数K1 静水面以上高度H处的波浪压强为0 静水面处波浪压强 式中 注 底坡i可取建筑物前一定距离内的平均值 系数K2 静水面以上的波浪压强按直线变化 静水面以下深度z H 2处的波浪压强 水底处的波浪压强 墙底面上的波浪浮托力 2 波谷作用力 静水面处波浪压强为0 静水面以下 自深度z H 2至水底处的波浪压强均为 墙底面上的波浪力 方向向下 为 若在建造建筑物前 波浪在该处或较远处已发生破碎时 对于i在1 140 1 50范围内的较缓底坡 可用波高H 0 78d代入式计算波浪力 当底坡在上述范围以外时 可用相应的极限波高代入式作初步估算 但应通过模型试验验证 2近破波作用力 波峰作用 静水面以上高度z处的波浪压强为0 z按下式计算 静水面处的波浪压强分两种情况计算 墙底处的波浪压强 墙底面的波浪浮托力 注意 适用条件为 四 斜向波作用力 上面介绍的均为入射波向与海工建筑物轴线正交 即正向作用时的波浪力计算方法 斜向波对建筑物的作用是更为普遍的问题 但是由于其作用性质复杂 因此有关的计算方法也不成熟 假定入射波与建筑物轴线的夹角 反射波与建筑物轴线的夹角 根据角的大小 将反射波分为 1 当角大于约时 即为规则波 2 当角约在至之间时 将产生类似于声学中所谓 马赫 Mach 反射 的现象 此时除入射波和反射波外 在墙前还出现波峰线与墙轴线相垂直的马赫干涉波 马赫干涉波的波高大于入射波高 反射波的波高则小于入射波高 且 3 当角小于约时 入射波的波峰线在墙前转折为与墙轴线相垂直的马赫干涉波 而不产生反射波 在斜向波作用时 直立墙上的波浪力将决定于墙前干涉波的波高 现有的有关斜向波作用力折减系数的经验公式 都表明时 折减系数为1 时 折减系数为0 5 一般都可近似采用以下公式 2波浪对斜坡式建筑物的作用 护底块石 护面层 垫层 无胸墙的斜坡式建筑物 顶部有胸墙的斜坡式建筑物 一 斜面护面板的波浪力 二 斜坡顶部胸墙作用力 2波浪对斜坡式建筑物的作用 一 斜面护面板的波浪力 在斜坡式建筑物的设计中 通常只对钢筋混凝土平板或栅栏板护面 需要考虑波浪的作用力 以核算板的断面强度及抗裂度 一 斜坡护面板上正向波压力计算 图斜坡护面平板的波压力分布图 下图给出了的条件下 作用在整体或装配平板护面上的波压力分布图 最大波压力 斜坡上最大相对波压力 最大波压力作用点2的垂直坐标 波浪在斜坡上的爬高 斜坡其它各点的波压力 其中 二 斜坡护面板上反向波压力计算 图反向波压力曲线图 二 斜坡顶部胸墙作用力 波峰作用时胸墙上的波浪压力分布 胸墙波压力