码头1-1剖面立波波浪力计算(d=1.5m)
船舶操纵运动波浪力计算
船舶操纵运动波浪力计算2.1 不规则波入射力计算模型依据概率统计理论，不规则波的波面可以看作是由一系列具有不同的频率、波数、波幅、传播方向以及随机分布初相位角的规则波叠加而成。
在实际应用中寻求海浪的统计特性，通常采用“波能谱”的概念来描述海浪。
海浪形成的过程是风把能量传递给水的过程。
这一过程大致可分为两个阶段，第一阶段为波浪生长阶段，当风最初作用于海面上时，海面开始出现较小的波，随着时间的增长，风不断地把能量传递给水，波浪越来越大，显然这一阶段海浪是比较复杂，其统计特性随时间不断变化，这一阶段的海浪描述描述相当复杂。
但是，当波浪渐趋稳定时，波的能量达到一定值，其统计特征基本上不随时间变化，为了这一阶段海浪的数学描述，应用波谱密度函数，从大量观察分析结果表明海浪以及船舶在波浪中的运动等均属于狭带谱的正态随机过程，因此基于以下假设：1．波浪为弱平稳的、各态历经的、均值为零的正态(高斯)随机过程。
2．波谱的密度函数为窄带。
3．波峰(最大值)为统计上独立的。
由波的方向性谱密度，不规则波的波面可用下列随机积分表示来描述：⎰⎰-∞+-+=220),(2)],()sin cos (cos[),,(ππςθωθωθωεωθηθξηξςd d S t k t （2-1）其中，),(θωςS 为波谱密度函数，表示了不规则波浪中各种频率波的能量在总能量中所占的份量。
仅考虑波沿主浪向运动的情况，并将式（2-1）转化为随船坐标系下表示为：⎰∞+--=0)(2)]()sin cos (cos[),,(ωωωεωμμςςd S t y x k t y x e （2-2）为了方便计算，将波能谱密度函数进行离散，用求和形式代替上式的积分如下：∑=+--∆=ni i ei i i t y x k S t y x 1])sin cos (cos[)(2),,(εωμμωωςς （2-3）其中，相位角i ε可视为均匀分布在（0，2π）区间内的随机变量。
高桩码头设计中波浪力计算方法的探讨
为避 免 受 波 浪 力 的作 用 ，一般 要 求 透 空 式 高 桩 码 头 的 上部 结 构要 高 出高 水 位 时设 计 波 浪 的波
峰顶 点 以上 ｌ １ ］ ，但 受 客观 条件 限制 ，有 时只 能 布置
本文提 出了采用Ａ ｕ ｔ ｏ Ｃ Ａ Ｄ 制 图软件绘制理论波 面
的 图形 计 算 方 法 。并 针 对 某 实 际 工 程 ，通 过 在 Ａｕ ｔ ｏ Ｃ Ａ Ｄ中 调 整 波 面 与码 头结 构 断 面 相对 位 置 ， 分 别 计 算 了波 峰 顶 点 作 用 在 排 架 端 部 、 中部 及 后 部 的３ 种工 况 。供 工程 设计 时参 考 。 １ 波浪 力计 算公 式 １ ． １ 波浪对 桩 基 和墩柱 建 筑物 的作 用
水 运 工 程
Ｏ ｅ ｔ ． ２ ０ １ ３ Ｎｏ ． １ ０ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ． ４ ８ ４
第１ ０期
总第 ４ ８ ４期
Ｐｏ ｒ ｔ＆ Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｗａ ｙ Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅｒ ｉ ｎｇ
高桩码 头设计 中波浪力计算方 法的探讨
王 恺
（中交第三航 务工程勘察设计 院有 限公 司 ，上海 ２ ０ ０ ０ ３ ２ ）
Ｃａ ｌ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｏ ｆ ｗａ ｖ ｅ ｆ ｏｒ ｃ ｅ ｉ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ －ｐｉ ｌ ｅ ｗｈａ ｒ ｆ
Ｗ ＡＮＧ Ｋａ ｉ
（ Ｃ Ｃ Ｃ Ｃ Ｔ ｈ ｉ ｒ ｄ Ｈ ａ ｒ ｂ ｏ ｒ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｌ ｔ ａ ｎ ｔ ｓ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ３ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
水利与水运规范挡潮闸上波浪力的比较计算
淤当 H逸Hk 和 H逸Lm/2 时，浪压力可按公式（1）和公 式（2）计算，计算示意图见图 1。
在这种情况下，波浪力的计算精度要求变得越来越 高。有的大型工程甚至需要物理模型试验的专门论证。
（1）
本文结合海南某工程实例，比较了常见的水利与水运
业中波浪力的计算方法更适用于波高较高时的挡潮闸设计，可为类似工程的设计和规范的更新提供有益的参考。
Abstract: In the conventional design of inland gate, the wave is usually wind-generated wave, which is not the controlling load in the
挡潮闸是水闸的一种常见类型，用于保护沿岸城市不
波浪要素可根据闸前风向、风速、风区长度、风区内的
受风暴潮等自然灾害引发海岸洪水的侵袭，主要分布于航 道、海湾、河口三角洲等地区，是沿海城市防洪保护系统的 重要组成部分。
挡 潮 闸 上 的 荷 载 计 算 通 常 采 用 《水 闸 设 计 规 范》 （SL265）及《水工建筑物荷载设计规范》（SL774），波浪力常 常不是控制性荷载，其计算精度要求不高。
表 2 NW 向波浪要素结果 100+100
H1% （m）
H4% （m）
H5% （m）
H13% （m）
Hm （m）
T （s）
L （m）
5.84
5.14
5.00
4.35
3.00
9.8
9.8
2.3 结论 根据以上计算结果可见，在波高较高（跃5m）和波长较
立波波浪力计算
＝
787.31
＝ 7263.211
＝
0
＝
0
＝ 19.30215
＝
128.681
8.1.2.1 8.1.2.2
波高H(m) 波长L(m)
波浪平均周期T(s)
9
Pbc
0.14574 -0.02403 0.91976
9
Pdc
-0.18 -0.00015 2.54341
9
B
Poc
1.31427 -1.20064 -0.6736
9
Pbc
-3.07372 2.91585 0.11046
9
Pdc
-0.03291 0.17453 0.65074
9
q
Poc
0.03765 0.46443 2.91698
Pc= 245.6977 单位长度墙身上的 水平总波浪力矩 单位长度墙底面M上c= 2039.281 的波浪浮托力
Puc= 75.91264 ▲▲请用其他的计 算结果▲▲ 当d≥1.8H， d/L=0.05～0.12时，
ηt= 1.033713
pot= 10.59556
pdt= 13.09176
单位长度墙身上的 水平总波浪力
p= 7.4825 单位长度墙身上的 总波浪力
P= 97.01061 Mp= 629.0374
近破波波峰作用 （d1>=0.6H)
Z= 7.4591 ps= FALSE pb= 0 单位长度墙身上的 总波浪力 P= FALSE
T
9
H
6.11
d
波浪力计算表格
85.07 -0.071104895 82.85 0.048713132 95.53 -0.034197547 92.80 0.002021749
水文规范的计算公式 8.1.3
d d1 hs H d d1 HH hs
d d1 H z
8.1.3(判断特征值= 3 )
8.1.4(判断特征值= 4 )
水参数
γ
H
波浪参数
L
T
d
建筑物参 数
d1 每延米长L0
b
10.25 4.06 81.90
8 15.06
15.06
1 18.26
单位：m；KN；KN*m
d/L T* T*= T*=
判断条件
0.1839 6.4567
8 9 d/L d/L=0.139～0.2
d d>1.8H
8.1.2(判断特征值= 1 )
-243.379 6.087
-1481.366
H
波浪参数
L
T
高水位
d
建筑物参数
2.99 60.40 6.4 17.06
2年一遇
H
波浪参数
L
低水位
T
d
建筑物参数
2.99 59.40 6.4 15.64
建筑物参数
H
波浪参数
L
T
高水位
d
建筑物参数
5.8 85.00
8 17.06
10年一遇
H
波浪参数
L
低水位
LUC Mut
763.535
7959.866 10.425 281.549 6.087 1713.698
pdt
每延米总 波浪力
每延米总 波浪力矩
高桩码头上部结构波浪力物理模型试验研究
高桩码头上部结构波浪力物理模型试验研究肖文智;王登婷;冯卫兵;黄海【摘要】在不同水位、相同波浪要素组合条件下进行波浪对码头上部结构作用力的模型试验研究,得到上部结构所受最大波浪水平力、最大波浪上托力、最大波浪水平力对应的波浪上托力以及最大波浪上托力对应的波浪水平力,分析最大波浪水平力和最大波浪上托力之间的相位差；并对最大波浪上托力和理论值进行分析比较.试验结果表明:随着水位的增高,作用在码头上部结构的波浪力先增大后减小,在设计高水位时,码头上部结构受到的波浪力最大；最大波浪上托力和最大波浪水平力并不同时出现,存在相位差.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】5页(P50-54)【关键词】高桩码头;波浪水平力;波浪上托力;物理模型【作者】肖文智;王登婷;冯卫兵;黄海【作者单位】河海大学,江苏南京210098;南京水利科学研究院,江苏南京210024;河海大学,江苏南京210098;上海海科工程监理所,上海200231【正文语种】中文【中图分类】U656.1+13在外海开敞式水域，当水位较高并且高桩码头上部结构承受波浪力时，波浪作用会对码头造成整体破坏或者局部破坏。
目前还没有成熟的方法来预测高桩码头上部结构在波浪作用下的水平力，往往以物理模型试验值作为设计标准；而关于波浪上托力的计算国内外均早有研究，并提出了各自的经验计算公式，由于这些计算公式都有一定的经验性，因此各家的计算结果也相差较大。
而在实际工程计算中，不同的计算方法会对工程的安全性和经济效益产生很大影响，因此对高桩板梁式码头在波浪作用下受到的上托力和水平力进行研究，并考虑二者的组合效应，分析其对上部结构的作用，具有重要的意义。
研究成果有利于工程设计人员确定波浪作用的最不利组合，可以为开敞式高桩板梁式码头的设计提供依据。
1 公式推导在过去的几十年中，为了预测海岸结构物受到的波浪荷载，国内外很多学者进行了大量的研究。
波浪作用力计算
计算目的： 计算目的：
对于陡墙式护面结构（防浪墙的稳定）、斜 对于陡墙式护面结构（防浪墙的稳定）、斜 ）、 坡式采用混凝土板护面层进行强度设计时， 坡式采用混凝土板护面层进行强度设计时，需进 行波浪作用力的计算。 行波浪作用力的计算。
计算内容： 计算内容：
分为直立式护面结构和斜坡式护面结构的波 浪作用力计算。 浪作用力计算文规范》 主要来自于《海港水文规范》公式和原苏联 规范公式。 规范公式。
正文有关条文的解释和说明 • 1. 应以海堤堤脚前的波浪要素作为计算波 浪要素，见第6章的规定 章的规定。 浪要素，见第 章的规定。 • 2. 应采用不规则波作为计算条件。 应采用不规则波作为计算条件。 • 3. 直立式护面和斜坡式护面。 直立式护面和斜坡式护面。 • 4. 对单一坡度陡墙式海堤计算，可参考相 对单一坡度陡墙式海堤计算， 关直立式海堤。 关直立式海堤。 • 5. 对重要海堤宜结合断面模型试验确定。 对重要海堤宜结合断面模型试验确定。
• 6. 斜坡上设置平台或护面坡比变化较大的 海堤， 海堤，以及对按允许部分越浪标准进行设 计的海堤， 计的海堤，波浪作用力计算宜进行专题研 究。
港口水工建筑物
1.码头分类：按平面布置分类：顺岸式突堤式墩式按断面形式分类：直立式斜坡式半直立式半斜坡式多级式按结构形式分类：重力式码头板桩码头高桩码头混合式码头2.作用的分类：时间的变异：永久作用可变作用偶然作用空间位置的变化：固定作用自由作用结构的反应：静态作用动态作用3.船舶荷载：船舶的系缆力船舶挤靠力船舶撞击力5．方块码头的断面形式：1阶梯型断面和底宽较大，方块数量，种类和层数较多，横断面方向的整体性差，基底应力不均匀。
2 恒重式 3 卸荷板式由于卸荷板的遮掩作用，减小了作用在墙背后的土压力，基底应力比较均匀，断面和底宽大大减少，使结构工程量节省，也是横断面处有可能每层只采用一块方块，结构的整体稳定性也较好。
6.抛石基床是重力式码头广泛应用的一种基础形式，抛石基床设计包括：选择基床形式；确定基床厚度和肩宽；确定基槽的底宽和边坡坡度；规定块石的重量和质量要求；确定基床顶面的预留坡度和预留沉降量等7．岸壁式码头的墙后回填方式：1.紧靠墙背用颗粒较粗和内摩擦角较大的材料做抛石棱体，以减少墙后土压力，并在棱体顶面和坡面设置倒滤层。
另一种情况是墙后直接回填细粒土，只在墙身构件间的拼缝处设置倒滤层，防防止土料流失。
8.重力式码头的变形缝必须延长度方向设置沉降缝和伸缩缝，一般是一缝俩用，统称变形缝。
缝宽20-50mm，做成上下通缝，急胸墙与墙身的变形缝在一个垂面上。
现场浇注混凝土与浆砌石部位的变形缝用弹性材料填充.变形缝间距根据气温情况，结构形式，地基条件和基床厚度确定，一般10-30m。
设在以下位置1.新旧建筑物衔接处2.码头水深或结构形式改变处3.地基土质差别较大处4.基床厚度突变出5.沉箱或方块接缝处9.重力式码头地面堆货荷载的布置形式及相应的验算项目码头地面使用荷载为活荷载，应根据不同的计算项目，按最不利情况进行布置。
堆货荷载一般有以下3种布置形式：1作用在码头上的垂直力和水平力（以土压力为主）都最大，用于验算基床和地基的承载力及计算建筑物的沉降和验算整体滑动稳定性；2作用在码头上的水平力最大垂直力最小，用于验算建筑物的滑动和倾覆稳定性，3作用在码头上的垂直力最大水平力最小，用于验算基底面后踵的应力。
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单位长度墙底面上的波浪浮托力
Puc=2.986462
当H/L≥1/30和0.2<d/L<0.5和d/L≥0.5时的立波波谷波浪力
hs=0.412506
pd'=10.89935
ps'=7.0468120.412506
pb'=38.58998
单位长度墙身上的总波浪力
P'=154.2218
单位长度墙底面上方向向下的波浪力
Pu'=15.43599
单位长度上波吸力产生的力矩
M PB=405.2624
单位长度上浮托力产生的力矩
M PBU=4.116264
▲▲请用其他的计算结果▲▲
远破波波浪力波峰作用力计算
ps=15.92594
pz=11.14816
pd=7.962969
单位长度墙身上的总波浪力
p=81.08691
Mp=352.7396
墙底面上的波浪浮托力
pu=2.229631
Mpu= 1.189137
远破波波浪力波谷作用力计算
p=5.6375
单位长度墙身上的总波浪力
P=39.82894
Mp=140.7668
近破波波峰作用（d1>=0.6H)
Z=4.1872
ps=FALSE
pb=0
单位长度墙身上的总波浪力
P=FALSE
T9
H 6.11
d12.1
A
Poc0.02901-0.00011 2.140829
Pbc0.14574-0.024030.919769
Pdc-0.18-0.00015 2.543419
B
Poc 1.31427-1.20064-0.67369
Pbc-3.07372 2.915850.110469
Pdc-0.032910.174530.650749
q
Poc0.037650.46443 2.916989
Pbc0.0622 1.32641-2.975579
Pdc0.28649-3.8676638.41959
波浪力及力矩计算：
一、波峰作用
波浪压力强度为零处： 4.843m
P H＝1331.313
M PH＝18250.95
P V＝354.7516
M PV＝4490.801
P U＝0.789763
M PU＝0.421207
二、波谷作用
hs＝0.413m
波浪压力强度最大处： 2.643m
P H＝787.31
M PH＝7263.211
P V＝0
M PV＝0
P U＝15.43599
M PU＝8.232528
1.1波长试算：8.44819938
36
4.6
1.5
7.34
0.8
I3
1.25
1.13
3.33
9.8
32.72727
0.041667
2.748699
8,2
d H
<≥
21/10
H i<
，
H——立波1
1
3
d
d
<≤
113
d
d≤
——立波
8.1.4.2
ηc/d=0.724693072
h c/d=0.363360145
Pac=12.16547429
P
0.01686972.5184975 -0.0355746.99529986 -0.220941.26126962 1.040973
0.643094
0.696269 0.887005 0.642842 0.335617
d1/d= 4.893333。