离岸透空式结构波浪上托力计算方法的研究

摘要

港口海岸工程中，海浪是作用在建筑物上的外力之一，特别是离岸开敝式码头和海洋平台等结构，在热带风暴或强烈的季候风作用下，波浪对结构的侧压力和上托力能对结构起破坏作用。 微幅波理论和有限振幅波理论假定波浪运动为势运动，推导出推进波的波面方程、波长、周期和波速等关系式，以及自由波动水体内部任一点的波浪压强公式。抛物型缓坡方程可以数值模拟波浪从外海传播到近岸引起的波浪变化。当波浪推进到透空式结构时，受结构梁板等构件和波面与结构之间封闭区间空气压力等影响，一些学者的试验表明，直接用波浪压力公式计算波浪对结构的上托力是不可行的。波浪具有随机特性，其对结构的上托力与波浪冲击角、波面与结构面板的间距、波面与面板的封闭程度、波浪动力程度，以及波高、波陡等因素有关。目前，对波浪上托力的估算一般通过试验研究，尚未有一种普遍认可的计算方法。合田良实、谷本胜利分别对波浪上托力作了研究，但计算公式都有其局限性。国内一些学者也作了研究，在某些方面取得了一定进展，周益人等人对透空式结构波浪上托力作了较科学的试验研究，但实验结果的分析方法存在问题。 对于离岸透空式结构，本文根据波浪理论和前人试验资料，认为波浪上托力具有冲击特性，冲击尖峰作用历时很短，并具有随机特征，冲击性压强是在波面与面板接触瞬间产生的，随着波浪向前传播，产生冲击性压强的位置也在前移，原来受冲击性压强作用的位置承受的波压力迅速减少，但仍有一定的波压力，其压强值在一定幅度内波动；在同一时刻，面板沿波浪传播方向的宽度内，同时受两种类型的波压力作用：部分受冲击型压强作用，部分受大致均布型压强作用。因此，提出计算波浪上托力的方法为：不论是单件面板或整个结构的面板，在其计算宽度内，波浪前峰处宽度b1范围按冲击型压强计算，其余宽度b2按均布型压强计算，总的上托力由这两部分组成，并提出冲击型压强计算宽度b1为L/50(L为波长)、均布型压强计算宽度b2为x/2(x为波浪与平板接触面宽度)，b1+b2不得超过面板实际宽度。 本文也对前人推导的几个冲击型压强计算公式作了分析比较，认为过达等人推导的计算公式与试验结果比较相符，并用北仑港高桩码头模型试验结果进行了验证，理论计算与试验值基本相符。

目录

文摘

英文文摘

第1章研究背景

第2章波浪理论及控制方程

第3章近岸波的浅水效应与数值模拟及波浪破碎

第4章码头面设计高程

第5章作用在离岸透空式结构上的波浪上托力

第6章结论与展望

参考文献

个人攻读硕士学位期间参加的研究工作

致谢

论文原创性声明