近区破碎波荷载计算方法

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1、近区破碎波荷载计算方法波浪是海洋、湖泊、水库中的水体，在某种外力（如风，地震，风暴潮）作用下，水质点离开原来的平衡位置，所形成的水面起伏现象。由于波浪的破碎现象十分复杂，加上与直墙建筑的相互作用，至今对直墙建筑的破碎波浪力还不能以严密的理论进行分析计算，各种工程上采用的基本上是在试验研究成果的基础上提出的经验方法，其中引入了某些假说，通常采用的假说大体有如下几种：（一）射流理论：波浪破碎的瞬间水体运动发生不连续现象，水质点以相当大的速度u射出，射流打击在堤上形成冲击压力，压强p=kγuu/2g，k为待定系数，该方法在于合理确定k及u，由于理论上k

2、值不可能太大，这一假说所得波压力往往偏小过多。（二）气垫理论：1939年英国Bagnold在实验室中观察到波浪破碎击堤前，波面形成一弯月面，击堤前波面与堤面形成一个被流体与固体面所包围的空气泡，在波浪击堤的过程中空气泡压缩而形成一个冲击压力，按照这一假说，当空气袋中空气密度不等时，其形成的压力应有较大差别：同时只要外力足够大，作用时间足够长，空气袋的大小对冲击压力也有明显的影响，即气袋愈大，产生的冲击压力将愈大，对于这种理论目前尚有争议。例如，Minikin赞同这一观点，并提出了一个破波压力的计算方法，在欧美，这一方法至今还为人所荐用。然而也有学

3、者批评了这一观点。例如美国的Gerritsen做了不同产气敛的对冲击压力影响的试验，结果表明掺气量的大小对压力并无影响。美国的Kamel做了另一个专门试验。他利用不等高的环面板冲击水面，发现环高为零时压力最大，即无气垫时压力最大，。这两个理论是对气垫理论的有力否定，不过支持这一观点者至今仍不乏人。（三）水动量交换理论：这一假说认为破波水流击堤前后水体动量的变化即其对堤作用的冲量，即Δmu=Ft。动量变化相同时，冲击作用的延时不等，作用的压力也不等，许多试验表明，同样的波浪打击堤面时，波压力的峰值很大，其延时亦不等；一般，压强大者延时较短，而相应的

4、冲量值的变化较小。运用这一方法进行分析的具体困难在于如何计算动量的变化，以及如何确定其延时。（四）水锤理论：在一输水管中突然关闭闸门，流动的水马上受阻，依靠水弹性而承受这一变化，此时水体压缩形成一高脉冲水锤压力，破波击堤是，Kamel认为水流突然受堤阻挡，在自由水面涌高的同时，水体中某些部位也可能发生压缩而在局部地方发生持续时间很短的脉冲压力。波浪荷载~有波浪时水对结构物产生的附加应力波浪是一种波â具有波的特性（图示）波浪荷载计算（当波高h>0.5m时考虑波浪对构筑物的作用力）波浪的特性；构筑物类型；当地的地形地貌；海底坡度等根据经验确定构筑物的

5、分类（L/l=构筑物水平轴线长度/浪高波长）ö直墙(L/l>1.0)上的波浪荷载计算考虑三种波浪：①立波②近区破碎波构筑物附近半个波长范围内（l£/2）发生破碎的波③远区破碎波距直墙半个波长以外（>l/2）发生破碎的波近区破碎波的压力~构筑物附近半个波长范围内（l£/2）发生破碎ö破碎波对直墙的作用力â瞬时动水压力ö近区破碎波的压力计算方法âMinikin法öMinikin法最大动水压力发生在静水面；近区破碎波的压强=动水压强+静水压强ö动水压力分布呈抛物线分布，在±hb/2静水面范围内，最大动水压强pm在静水面处其中，hb—破碎波的波高；l—对

6、应于水深为D处的波长ö静水压强分布ps国外有关破波波浪力的研究成果甚多，应用较多的还有：日本的广井勇法，苏联的Ллакила方法，以下分别进行陈述。（一）广井勇方法：该方法提出于1920年，至今在日本及欧美仍广泛使用。其计算图示如图1.16，波浪压强均匀分布为p=1.5γΗ。压力零点在波浪不越顶时z=1.25H，越顶时z等于堤坝高程，许多经验表明，广井方法给出的总波浪压力与实际尚接近而有一定的安全度，但压力分布图不太符合实际，水面压强偏低比较多，直墙的稳定问题主要是滑移问题，所以主要是总波浪力的计算问题，加之该方法简单，故至今仍未国外工程人员所习

7、用。其问题主要是考虑因素过于简单及计算值往往偏大。（二）Ллакила方法：苏联1975年颁布的新规范，其计算图示如图1.18。该方法的适用条件为：d≥1.5H及d2＜1.25H。如图，压力零点高程z=H，水面压强ps=1.5γH,水底压强为pb=γΗ／coshkd1。pb相当于立波的底压力。该方法的计算值可能偏小，水面压强可能偏低较多，压力零点位置稍高，浮托力计算公式为Pu=1/2μPbB小圆柱体的波浪荷载计算采用Morision的计算公式，大圆柱体的波浪荷载计算圆柱体尺寸较小时，波浪流过柱体时产生漩涡外，波浪本身的性质并不发生变化，但如果圆柱

8、尺寸行对于波浪来说较大时，当波浪流过圆柱时就会发生绕射现象，因此大圆柱体的受力不同于小圆柱体，其计算理论自然也不同于小圆柱体，而需按绕射