基于实测的海洋桥梁桥址区波浪特性及波浪力研究

摘要

随着我国经济的持续快速发展，我国东南沿海地区修建了越来越多的海洋桥梁。然而，海洋桥梁桥址区受台风影响，巨浪、大风频发，海洋环境十分恶劣。波浪，特别是台风期间的极端波浪对海洋桥梁的建设和安全运营构成严重威胁。因此，急需通过现场实测来对海洋桥梁桥址区的波浪特性和波浪力进行研究。通过海洋桥梁桥址区的现场实测来对波浪数据处理及波浪特性的研究较少，对海洋桥梁桥址区风浪相关性的研究相对较少，基于实测波面数据的波浪力计算方法未见报道。针对上述问题，本文以在建的平潭海峡公铁两用大桥现场波浪和风实测资料为依托，以海洋桥梁桥址区的波浪特性和波浪力为研究对象，开展了以下研究:
　　(1)通过对桥址区实测波面数据的分析，提出了针对声学波浪仪波面数据的预处理方法。通过随机产生一定百分比的错误数据的方法，研究了该方法的适用范围，验证了本文方法的有效性。
　　(2)利用预处理后的波浪数据，研究了台风期间实测得到的各统计波高之间的比值，通过与《港口与航道水文规范》(JTS145-2015)给出的比值比较发现，实测值略小于规范值，根据规范进行各统计波高的计算是偏安全的。同时，通过概率密度研究发现，平潭海峡桥址区的波高服从Gumbel分布，而波浪周期服从Weibull分布，对于未来通过概率方法研究波浪灾害提供了重要参考。
　　(3)基于实测的风数据研究了桥址区的风特性，探讨了风向、风速和波高的关系，并研究了风浪相关性，得到了台风期间风浪的拟合公式。
　　(4)提出了一种无须采集任何结构波压力或结构响应，仅通过波面实测即可快速获取结构波浪力的便捷方法。通过与经典波浪理论比较，验证了方法拟合波浪速度梯度和加速度梯度的准确性。通过与USFOS分析软件的结构波浪力分析对比，研究了该方法的计算精度。
　　本论文研究成果可为海洋桥梁桥址区的波浪实测、波浪特性分析和波浪力监测提供重要参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 波浪数据实测方法及处理

1．2．2 波浪特性研究

1．2．3 基于实测波面数据的波浪力计算

1．2．4 现有研究的不足

1．3 本文的研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

第2章 实测波面数据预处理方法

2．1 研究对象

2．2 波面数据预处理

2．2．1 波面数据预处理方法

2．2．2 波面数据预处理算例

2．3 波面数据预处理方法验证

2．4 本章小结

第3章 海洋桥梁桥址区波浪特性

3．1 波高与周期统计特性

3．1．1 实测波浪要素

3．1．2 统计波高之间的比值

3．1．3 波浪的统计分布

3．2 海洋桥梁桥址区风特性

3．2．1 海洋桥梁桥址区风速统计量

3．2．2 各月风级分布

3．2．3 各月风向玫瑰图

3．2．4 风级分布及风向玫瑰图

3．3 海洋桥梁桥址区风浪相关性

3．4 本章小结

第4章 基于实测波面数据的波浪力计算方法

4．1 概述

4．1．1 Morison方程

4．1．2 波浪频谱

4．2 基于实测波面数据的波浪力计算

4．2．1 波面数据分解简介

4．2．2 傅里叶变换

4．2．3 水质点速度和加速度计算

4．2．4 波面分解的特点

4．3 水质点速度和加速度验证

4．3．1 二维随机波浪的数值模拟

4．3．2 与数值模拟二维随机波浪的验证

4．3．3 斯托克斯波浪理论

4．3．4 与斯托克斯波浪理论的验证

4．4 本章小结

第5章 基于实测波面数据的波浪力计算程序设计及算例

5．1 基于实测波面数据的波浪力计算程序设计

5．2 程序使用说明

5．3 程序验证——以小直径桩柱波浪力计算为例

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果