【《混合式防波堤工程设计中持久状况下作用标准值计算过程案例》4300字】

混合式防波堤工程设计中持久状况下作用标准值计算过程案例1.1.防波堤整体结构重量计算自重力的本身包括建筑物自身重力和位于建筑物上或建筑物中的填料与固定设备的自重力。根据前文所得设计水位：设水深为13M时为0水位设计水位：1.75M设计高水位：2.30M设计低水位：0.10M极端高水位：2.88M极端低水位：-1.65M材料名称重度（KN/m³）水上水下浆砌块石22-2512-15混凝土23-2413-14钢筋混凝土24-2514-15表1.2材料重度标准值注：当石料重度大于26.5KN/m³时，浆砌块石的重度应当提高一些胸墙重量：胸墙2胸墙胸墙2胸墙1胸墙1胸墙1图1.1胸墙断面图胸墙本身自重力：（4×3+1×7）×23=437KN/m上述设计胸墙如图所示，故在设计高水位下：（H=2.30m）胸墙1：G=（1-0.3）×23×7+0.3×7×13=140KN/m胸墙2：G=（3-0.3）×4×23+0.3×4×13=264KN/m所以，在设计高水位下时，胸墙总重量为140+264=404KN/m对后踵力矩：140×1/2×7+264×（7+1/2×4）=2866KN·m/m在设计低水位下：（H=0.10m）胸墙1：G=7×1×23=161KN/m胸墙2：G=4×3×23=276KN/m所以，在设计低水位下时，胸墙总重量为276+161=437KN/m对后踵力矩：161×1/2×7+276×（7+1/2×4）=3047.5KN·m/m在设计水位时：（H=1.75m）胸墙1：G=7×1×23=161KN/m胸墙2：G=4×3×23=276KN/m所以，在设计低水位下时，胸墙总重量为276+161=437KN/m对后踵力矩：161×1/2×7+276×（7+1/2×4）=3047.5KN·m/m极端高水位下：（H=2.88m）胸墙1：G=（1-0.88）×7×23+0.88×7×13=99.4KN/m胸墙2：G=（3-0.88）×4×23+0.88×4×13=240.8KN/m所以，在极端高水位下时，胸墙总重量为99.4+240.8=340.2KN/m对后踵力矩：99.4×1/2×7+240.8×（7+1/2×4）=2515.1KN·m/m极端低水位下：（H=-1.65m）胸墙1：G=7×1×23=161KN/m胸墙2：G=4×3×23=276KN/m所以，在设计低水位下时，胸墙总重量为161+276=437KN/m对后踵力矩：161×1/2×7+437×（7+1/2×4）=4496.5KN·m/m沉箱本身重量：在本次设计中设立的沉箱为一大沉箱，故不考虑横隔板，纵隔板与两侧壁。以及因为该沉箱的宽度过大，故考虑用一个纵隔板将其分隔开。需要计算部分为前壁、后壁、纵隔板、混凝土盖板、底板、沉箱内块石6大部分，以及8个底角。沉箱本身自重力：0.25×11×25×2+11×0.5×25+0.2×0.2×1/2×8×25+0.5×11×25+0.5×11×25+（10.5×11-0.5×11-0.2×0.2×1/2×8）×25=3300KN/m在设计高水位下：（H=2.30m）前壁：（12-2×0.5）×0.25×15=41.25KN/m后壁：（12-2×0.5）×0.25×15=41.25KN/m底板：0.5×11×15=82.5KN/m纵隔板：（12-2×0.5）×0.5×15=82.5KN/m底角；0.2×0.2×1/2×8×15=2.4KN/m沉箱内块石：（（11-0.25×2）×（12-0.5×2）-(0.5×（12-2×0.5））-0.2×0.2×1/2×8）×11=1206.4KN/m混凝土盖板：0.5×11×14=77KN/m所以，在设计高水位下沉箱重量为：41.25+41.25+82.5+82.5+2.4+1210+77=1536.9KN/m对后踵力矩：41.25×（11-0.25/2）+41.25×0.25/2+82.5×11/2+82.5×11/2+77×11/2+1206.4×11/2+2.4×11/2=8432.95KN·m/m在设计低水位下：（H=0.10m）前壁：（12-2×0.5-1.4）×0.25×15+1.4×0.25×25=44.75KN/m后壁：（12-2×0.5-1.4）×0.25×15+1.4×0.25×25=44.75KN/m底板：0.5×11×15=82.5KN/m纵隔板：（12-2×0.5-1.4）×0.5×15+1.4×0.5×25=89.5KN/m底角：0.2×0.2×1/2×15×4+0.2×0.2×1/2×4×25=1.2KN/m沉箱内块石：（1.4×11-0.25×1.4×2-0.5×1.4-0.2×0.2×1/2×4）×18+（（11.1-3-0.5）×11--9.6×0.25×2-9.6×0.5-0.2×0.2×1/2×4）×11=1305.68KN/m混凝土盖板：0.5×11×24=132KN/m所以，在设计低水位下沉箱重量为：44.75+44.75+82.5+89.5+1.2+1305.68+132=1769.7KN/m对后踵力矩：44.75×（11-0.25/2）+44.75×0.25/2+82.5×11/2+89.5×11/2+132×11/2+1305.68×11/2+1.2×11/2=9361.09KN·m/m在设计水位下：（H=1.75m）前壁：（12-2×0.5）×0.25×15=41.25KN/m后壁：（12-2×0.5）×0.25×15=41.25KN/m底板：0.5×11×15=82.5KN/m纵隔板：（12-2×0.5）×0.5×15=82.5KN/m底角；0.2×0.2×1/2×8×15=2.4KN/m沉箱内块石：（（11-0.25×2）×（12-0.5×2）-(0.5×（12-2×0.5））-0.2×0.2×1/2×8）×11=1206.4KN/m混凝土盖板：0.25×11×24+0.25×11×14=104.5KN/m所以，在设计水位下沉箱重量为：41.25+41.25+82.5+82.5+2.4+1206.4+104.5=1560.8KN/m对后踵力矩：41.25×（11-0.25/2）+41.25×0.25/2+82.5×11/2+82.5×11/2+104.5×11/2+1206.4×11/2+2.4×11/2=8584.15KN·m/m在极端高水位下：（H=2.88m）前壁：（12-2×0.5）×0.25×15=41.25KN/m后壁：（12-2×0.5）×0.25×15=41.25KN/m纵隔墙：（12-2×0.5）×0.5×15=82.5KN/m底角：0.2×0.2×1/2×8×15=2.4KN/m底板：0.5×11×15=82.5KN/m沉箱内块石：（（11-0.25×2）×（12-0.5×2）-(0.5×（12-2×0.5））-0.2×0.2×1/2×8）×11=1206.4KN/m混凝土盖板：0.5×11×14=77KN/m所以，在极端高水位下沉箱重量为：41.25+41.25+82.5+82.5++2.4+1206.4+77=1531.3KN/m对后踵力矩：41.25×（11-0.25/2）+41.25×0.25/2+82.5×11/2+82.5×11/2+77×11/2+1206.4×11/2+2.4×11/2=8432.95KN·m/m在极端低水位下：（H=-1.65m）前壁：（12-2×0.5-8.1）×0.25×25+（12-2×0.25-1.4）×0.25×15=48.5KN/m后壁：（12-2×0.5-8.1）×0.25×25+（12-2×0.25-1.4）×0.25×15=48.5KN/m纵隔墙：（12-2×0.5-8.1）×0.5×25+（12-2×0.25-1.4）×0.5×15=97KN/m底角：0.2×0.2×1/2×25×4+0.2×0.2×1/2×15×4=1.2KN/m底板：0.5×11×15=82.5KN/m沉箱内块石：（（11-0.25×2-0.5）×8.1-0.2×0.2×1/2×4）×11+（（11-0.25×2-0.5）-0.2×0.2×1/2×4）×1.4×18=1497.224KN/m混凝土盖板：0.5×11×24=132KN/m所以，在极端低水位下沉箱重量为：48.5+48.5+97+1.2+82.5+1497.224+132=1908.924KN/m对后踵力矩：48.5×（11-0.25/2）+48.5×0.25/2+97×11/2+1.2×11/2+82.5×11/2+1497.224×11/2+132×11/2=10499.082KN·m/m基床重量：基床本身自重力：（22+29.2）×3×1/2×25=1920KN/m基床分为明基床与暗基床两个部分，根据2.6.5可确定明基床：上部长度为：11+6.6+4.4=22m，厚度取3m，下部取m=1.2，即为2×1.2×3+22=29.2m因为基床的厚度远底于正常水深，故在设计高水位、设计低水位以及设计水位下，其重量均为同值，所以本次设计中就计算一个状态下基床的重量以及后踵力矩基床重量：（22+29.2）×3×1/2×15=1152KN/m对后踵力矩：1152×11=12672KN·m/m1.2波浪力作用下的标准值计算在波浪力的作用下有波峰和波谷两种状态下对防波堤造成的不同影响，故而对波峰作用力和波谷作用力进行分别阐述。波峰作用力对混合式防波堤的标准值计算在该设计中，正常水位下的水深为13M极端高水位下的水深为15.88M，设计高水位下的水深为15.3M设计低水位下的水深为11.1M极端低水位下的水深为11.35M根据设计任务书可确定：极端高水位下的波高H为5.53M设计高水位下的波高H为4.25M设计低水位下的波高H为1.52M（1）在设计高水位时：（H=2.30m）根据规范判断基床类型：=，所以，可判断为低基床。其中d1——基床上水深（m）d——堤前水深（m）因为，在工程上遇到的波浪，周期一般在1-15s之间，故该设计中波浪平均周期为9.0（s）。根据产生条件且，可判断波态为立波。其中H——堤前进行波的波高，采用H1%——平均周期g——水容重，该设计统取9.8m/s因为该波浪为浅水波，故,即L=126.40m。再根据，按《海岸水文规范》的附录H查表可得因为d/L=0.1742属于0.139-0.2之间，且故为第三种情况，按照第三种情况计算。.波浪中线超出静水面的高度：波浪中线超出静水面的高度（m）H：堤前行进波的波高（m），取4.25md：堤前水深（m)L：波长，取99.31m所以，根据式子可求得m2）.静水面以上高度处，波压力强度p=0：静水面以上高度处波压力强度（Kpa）H：堤前行进波的波高（m），取4.25m3）.水底处，波压力强度式中：p：静水面以下深度z处的波压力强度：海水的重度，10.25h：堤前进行波的波高（m），取4.25md：堤前水深（m）L：波长（m），本设计波长取99.31m所以，根据计算可得，在水底处波压力强度P=41.57Kpa4）.静水面处，波压力强度式中：：静水面处的波压力强度（Kpa）：水底处的波压力强度（Kpa）d：堤前水深，15.3m：波浪中线超出静水面的高度（m）所以，根据计算可得，在静水面处，波压力强度Kpa5）.墙底处，波压力强度：墙底面处的波压力强度（Kpa）：静水面处的波压力强度（Kpa）d：堤前水深（m）d1：墙底水深（m）：水底处的波压力强度（Kpa）所以，根据公式可得，6）.单位长度墙底面上的波浪浮托力合力：p：单位长度墙底面上的波浪浮托力合力（KN/m）b：墙底宽度（m）：墙底面处的波压力强度（Kpa）所以，根据公式可得，p=Kpa后踵力矩为：245.96×3=737.88KN·m/m7）.单位长度墙身上的总波浪力p=（49.43+44.72）×12.3×1/2+（44.72+41.57）×3×1/2=711.4575Kpa后踵力矩为：（49.43+44.72）×12.3×1/2×12.3×1/2+（44.72+41.57）×3×1/2×3×1/2=3759.64KN/m·m（2）.在设计低水位时（H=0.10m）本次设计中，在设计低水位时，堤前行进波的波高，堤前水深d=15.1m，波长根据《海岸水文规范》H表可得d/L=0.1581，可推断出，波长L=95.5m。因为，且d/L在0.139到0.2中，所以属于第三种情况。.波浪中线超出静水面的高度根据计算可求得.静水面以上高度处，波压力强度p=03）.水底处，波压力强度所以，根据计算可得4）.静水面处，波压力强度p所以，根据计算可得：5）.墙底处，波压力强度P所以，根据计算可得：6）.单位长度墙底面上的波浪浮托力合力：，所以根据计算可得：后踵力矩为：201.39×3=610.17KN·m/m7）.单位长度墙身上的总波浪力：KN·m/m后踵力矩为：M=（40.63+36.98）×12.1×1/2×12.1×1/2+（36.98+36.08）×3×1/2×3×1/2=3005.105KN/m·m（3）在极端高水位时：（H=2.88m）因为通过计算表达式，可得L=126.34m。再根据，按《海岸水文规范》的附录F查表可得因为d/L=0.1742属于0.139-0.2之间，且因为极端高水位时波高为5.53m，且故为第三种情况，按照第三种情况计算。1）.波浪中线超出静水面的高度所以，根据式子可求得m2）.静水面以上高度处，波压力强度p=03）.水底处，波压力强度所以，根据式子算完，得出最后的p为56.69Kpa4）.静水面处，波压力强度p所以，根据计算可得：5）.墙底处，波压力强度P所以，根据计算可得：6）.单位长度墙底面上的波浪浮托力合力：，所以根据计算可得：后踵力矩为：320.485×3=961.455KN/m·m7）.单位长度墙身上的总波浪力：后踵倾覆力矩：（65.05+58.27）×（15.88-3）×1/2×12.88×1/2+（58.27+56.69）×3×1/2×3×1/2=5871.184KN/m·m波谷作用力对混合式防波堤的标准值计算.在设计高水位时：（H=2.30m）1）.波浪中线超出静水面的高度（m）式中：：波浪中线超出静水面的高度（m）H：堤前行进波的波高（m），取4.25md：堤前水深（m)L：波长，取99.31m所以，根据式子可求得2）.静水面处，波压力强度p，p=03）.水底处，波压力强度所以，根据计算可得4）.静水面以下处，波压力强度式中：：静水面以下处的波压力强度（Kpa）所以，根据式子计算可得Kpa5）.墙底处，波压力强度：墙底面处的波压力强度（Kpa）：静水面处的波压力强度（Kpa）：水底处的波压力强度（Kpa）：墙底水深（m）：波浪中线超出静水面的高度（m）所以，根据公式可求得41.54Kpa6）.单位长度墙底面上方向向下的波浪力合力：单位长度墙底面上方向向下的波浪力合力（KN/m）所以，根据公式可求得后踵倾覆力矩：228.47×3=685.41KN/m·m7）.单位长度墙身上的总波浪力：（35.57+41.54）×（12.3-0.76）×1/2+（41.54+41.75）×3×1/2=572.8597Kpa后踵倾覆力矩：（35.57+41.54）×（12.3-0.76）×1/2×12.3×1/2+（41.54+41.75）×3×1/2×3×2/1=2928.189KN/m·m（2）.在设计低水位时：