波浪对高桩码头上部结构的作用力计算
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教育教学
波浪对高桩码头上部结构的作用力计算
闫淑英
（中交第二航务工程勘察设计院有限公司广州分公司，广东广州 510000）
[摘 要] 本文通过某实际码头工程，结合现行有关行业规范、标准，详细介绍了波浪对高桩码头梁板及桩作用力的具体计算过程，希望在规 范计算公式的应用和主要计算参数的合理选取方面，为同行提供参考或借鉴。 Abs tra ct：tointroducethecalculationofwaveforceonpiledwharfbeamslabandpile. [关键词] 高桩码头；波浪力的计算 Ke ywords：highpilewharf；Calculationofwaveforce
一、前言 波浪力作用是高桩码头结构设计中必须考虑的外荷载作用之一， 尤其是对外海无掩护的高桩码头，波浪力往往是梁板结构甚至桩基结构 设计的控制荷载。但现行的 《海港水文规范》 （JTJ213- 98） 中主要 的计算公式和计算参数都来自以往的试验和观测资料，经过统计、分析 与归纳得出的，经验性非常强，还需要通过大量实际工程的不断印证与 调整，尤其需要根据具体工程实际情况加以合理选用，才能保证码头主 体结构的安全性和经济性。下面就以一实际工程为例，系统地介绍波浪 对高桩码头梁板及桩作用力的具体计算过程。 二、设计条件 极端高水位：3.46m； 原泥面标高：- 16.5m； 设计波浪 （50 年一遇）； H1%=6.53m， T=9.8s， L=102.0m。 三、波浪力计算 波浪对横梁及靠船构件的侧面波压力由静水压力和动水压力两部 分组成。计算简图如下：
则作用在静水面以上的静水总压力：Ps1=
1 2
×40×3.9=78kN/m2，
作用点距波峰面的距离：ysc1=
2 3
×3.9=2.6m；
作用在静水面以下的静水总压力：Ps2=39.0×（3.46- 0） =138.4，
作用点距波峰面的距离：ysc2=η+
（3.46-0） 2
=5.63m；
则上部结构单位宽度上所受静水压力为：
2πd
4πd
cosh L · cosh L +2
=
2πd
3
4 sinh L
按极端高水位，50 年一遇波浪要素考虑
2πd
4πd
! "! ! " " d cosh L · cosh L +2
! " f L =
! ! "" 4 sinh
2πd L
3
! "! ! cosh
2π×17.96 108.9
· cosh
4π×17.96 108.9
=
! ! "" 4 sinh
2π×17.96 108.9
3
" "+2
=1.37
设波峰位置为 x=0 处，则计算波峰在静水面的高度：
! " η （0） = H + πH2 f 2 2L
d L
= 6.53 + π×6.532 ×0.96=
2
2
3.9m
则 Ps （3.46） =Ps （0） =γ·η=10.25×3.9=40kN/m2
［参考文献］
［１］海港水文规范，（ＪＴ Ｊ２１３－ ９８）． ［２］海港码头设计手册（中册）． ［３］海港码头结构设计手册．
（上接第 174 页） 而加强师德建设与形成良好的校风有着密切的关系。在良好校风的带动 下，才有可能形成良好的学风。
7） 领导带头，即各级领导要严以律己，带头学习贯彻和实践 《规 范》。身教重于言教。要求教师做到的，领导者首先做到，要求教师不 做的，领导者坚决不做。许多教师在座谈会上直言，师德建设的成败在 很大程度上取决于领导，如果领导言行不一，就会严重影响师德建设的 效果。
u=
πH T
L sinh 2πd
cos
2πx L
L
z—计算点在静水面以下的距离，静水面以上取 z1=0 计算。
设波峰位置为 x=0 处， 静水面以上：
cosh（ 2π（d-z1） ）
u1=
πH T
L sinh 2πd
cos
2πx L
L
175 TECHNOLOGY WIND
cosh（ 2π（19.96-0） ）
b—上部结构宽度，b= 32m；
d—极端高水位时前沿水深，d= 3.46+ 16.5= 19.96m；
k—波数，k= 2π ； L
! " f
d L
—函数，可查 《海港码头结构设计手册》 （1975 年） 中
图 2- 9- 11，也可根据以下公式进行计算：
! "! ! " " d ! " ! ! "" f L
8） 齐抓共管，即对师德师风建设各级党政工团组织要齐抓共管。
因为，师德教育活动是一项公共性的工作，涉及家庭、学校、社会的方 方面面，需要发挥各级各类组织的作用，齐抓共管，各司其职，形成合 力。
我校有一支高素质的教师队伍，人人心系学校发展，甘于奉献， 富有进取和团结协作精神，这是我校经久不衰的光荣传统。但我们必须 清醒的认识到，我们目前存在的问题和如何提升教师德育水平，将是我 校师资队伍建设成功与否的关键，也是能否保障我校稳定发展的关键因 素。
P'a=0.86×Pa=0.86×5.47=4.7kN/m，
作用点位置距波峰面
y'
ac=
1 2
×0.86=0.43。
单个排架处纵梁迎波面宽度为 7- 2.2=4.8，则纵梁所受静水压力及
动水压力分别为：
4.8P' s= 4.8×3.8= 18.24kN，4.8Pa' = 4.8×4.7= 22.56kN。
1） 静水压力计算
静水压力计算公式：Ps= γ·η； 式中：γ—水的重度 （kN/m）3 ，γ=10.25kN/m3；
η （x） —波峰面在静水面上的高度 （m），η （x） 根据波面方程
! " 计算 η （x） = H coskx+ πH2 f
2
2L
d L
cos2kx；
x—波峰位置为零起算的水平距离(m)，x=- b/2~b/2；
u2 2g
=1.7×10.25× 2.092 2×9.8
=3.88kN/m2
作用在静水面以下的动水总压力：
pa2=
1 2
（5.47+3.88）×3.46=16.2kN/m
作用点距波峰面的距离：
yac2=
3.9+
3.9 3
×
（5.47+2×3.88） =5.53m， （5.47+3.88）
则上部结构单位宽度上所受动水压力为：
Pa= Pa1+ Pa2= 21.33+ 16.2= 37.53kN/m
合力作用点距波峰面的距离为：yac=
源自文库
Pa1ysc1+Pa2ysc2= Pa
3.49m
码头横梁及靠船构件迎波面宽度为 2.2m，则横梁及靠船构件所受
静水压力及动水压力分别为：
2.2Ps=2.2×216.4=476.1kN，2.2Pa=2.2×37.53=82.6kN。
176 2011 年 4 月（ 上）
η 2
= 3.9 2
=1.95m；
静水面以下 z2=3.46m 处：
cosh（ 2π（d-z2） ）
u2=
πH T
L sinh 2πd
cos
2πx L
L
=
π×6.53 9.8
cosh×（
2π（19.96-3.46） 102
sinh
2π×19.96 102
）
×cos
2π×0 102
=2.09m/s
pa2=1.7γ
波浪力荷载图示见下图：
图 ２ 波浪荷载标准值分布简图
四、结语 本文参照相关的港工结构设计技术规范、标准和相关设计计算手 册等资料，并查阅了很多以往设计成果，结合作者自身多年来的设计工 作实践，主要针对波浪力作用和作用效应，如波浪对高桩码头上部梁板 的作用力、波浪对梁的侧向压力包括静水压力和动水压力等的计算及其 主要参数的选取，以实例的形式，进行了比较系统的介绍，希望能起到 抛砖引玉的作用。 作者简介：闫淑英，毕业于长沙理工大学港口航道与海岸工程专 业，主要从事港口工程结构设计与咨询。
= π×6.53
102
cos 2π×0 =2.48m/s
9.8
sinh
2π×19.96 102
100
pa1=1.7γ
u12 2g
=1.7×10.25× 2.482 2×9.8
=5.47kN/m
则作用在静水面以上的动水总压力：pa1= 5.47×3.9= 21.33kN/m
作用点距波峰面的距离：yac1=
Ps= Ps1+ Ps2=78+ 138.4= 216.4kN/m
合力作用点距波峰面的距离为 ysc= Ps1yscP1+sPs2ysc2=4.54m
2） 动水压力计算
动水压力计算公式：pa=
1.7γ
u2 2g
；
式中：u—水质点轨道运动的水平分速度 （m/s），可根据下式计算：
cosh（ 2π（d-z） ）
波浪对纵梁的侧面波压力计算参照以上方法计算。纵梁底高程为
z=6.5m，经计算，ps （6.5） =0.86×γ=0.86×10.25=8.82kN/m2，
则纵梁单位宽度上所受的静水压力
P's=
1 2
×8.82×0.86=3.8kN/m2，
作用点位置距波峰面
y'
sc=
2 3
×0.86=0.57m；
纵梁单位宽度上所受的动水压力
波浪对高桩码头上部结构的作用力计算
闫淑英
（中交第二航务工程勘察设计院有限公司广州分公司，广东广州 510000）
[摘 要] 本文通过某实际码头工程，结合现行有关行业规范、标准，详细介绍了波浪对高桩码头梁板及桩作用力的具体计算过程，希望在规 范计算公式的应用和主要计算参数的合理选取方面，为同行提供参考或借鉴。 Abs tra ct：tointroducethecalculationofwaveforceonpiledwharfbeamslabandpile. [关键词] 高桩码头；波浪力的计算 Ke ywords：highpilewharf；Calculationofwaveforce
一、前言 波浪力作用是高桩码头结构设计中必须考虑的外荷载作用之一， 尤其是对外海无掩护的高桩码头，波浪力往往是梁板结构甚至桩基结构 设计的控制荷载。但现行的 《海港水文规范》 （JTJ213- 98） 中主要 的计算公式和计算参数都来自以往的试验和观测资料，经过统计、分析 与归纳得出的，经验性非常强，还需要通过大量实际工程的不断印证与 调整，尤其需要根据具体工程实际情况加以合理选用，才能保证码头主 体结构的安全性和经济性。下面就以一实际工程为例，系统地介绍波浪 对高桩码头梁板及桩作用力的具体计算过程。 二、设计条件 极端高水位：3.46m； 原泥面标高：- 16.5m； 设计波浪 （50 年一遇）； H1%=6.53m， T=9.8s， L=102.0m。 三、波浪力计算 波浪对横梁及靠船构件的侧面波压力由静水压力和动水压力两部 分组成。计算简图如下：
则作用在静水面以上的静水总压力：Ps1=
1 2
×40×3.9=78kN/m2，
作用点距波峰面的距离：ysc1=
2 3
×3.9=2.6m；
作用在静水面以下的静水总压力：Ps2=39.0×（3.46- 0） =138.4，
作用点距波峰面的距离：ysc2=η+
（3.46-0） 2
=5.63m；
则上部结构单位宽度上所受静水压力为：
2πd
4πd
cosh L · cosh L +2
=
2πd
3
4 sinh L
按极端高水位，50 年一遇波浪要素考虑
2πd
4πd
! "! ! " " d cosh L · cosh L +2
! " f L =
! ! "" 4 sinh
2πd L
3
! "! ! cosh
2π×17.96 108.9
· cosh
4π×17.96 108.9
=
! ! "" 4 sinh
2π×17.96 108.9
3
" "+2
=1.37
设波峰位置为 x=0 处，则计算波峰在静水面的高度：
! " η （0） = H + πH2 f 2 2L
d L
= 6.53 + π×6.532 ×0.96=
2
2
3.9m
则 Ps （3.46） =Ps （0） =γ·η=10.25×3.9=40kN/m2
［参考文献］
［１］海港水文规范，（ＪＴ Ｊ２１３－ ９８）． ［２］海港码头设计手册（中册）． ［３］海港码头结构设计手册．
（上接第 174 页） 而加强师德建设与形成良好的校风有着密切的关系。在良好校风的带动 下，才有可能形成良好的学风。
7） 领导带头，即各级领导要严以律己，带头学习贯彻和实践 《规 范》。身教重于言教。要求教师做到的，领导者首先做到，要求教师不 做的，领导者坚决不做。许多教师在座谈会上直言，师德建设的成败在 很大程度上取决于领导，如果领导言行不一，就会严重影响师德建设的 效果。
u=
πH T
L sinh 2πd
cos
2πx L
L
z—计算点在静水面以下的距离，静水面以上取 z1=0 计算。
设波峰位置为 x=0 处， 静水面以上：
cosh（ 2π（d-z1） ）
u1=
πH T
L sinh 2πd
cos
2πx L
L
175 TECHNOLOGY WIND
cosh（ 2π（19.96-0） ）
b—上部结构宽度，b= 32m；
d—极端高水位时前沿水深，d= 3.46+ 16.5= 19.96m；
k—波数，k= 2π ； L
! " f
d L
—函数，可查 《海港码头结构设计手册》 （1975 年） 中
图 2- 9- 11，也可根据以下公式进行计算：
! "! ! " " d ! " ! ! "" f L
8） 齐抓共管，即对师德师风建设各级党政工团组织要齐抓共管。
因为，师德教育活动是一项公共性的工作，涉及家庭、学校、社会的方 方面面，需要发挥各级各类组织的作用，齐抓共管，各司其职，形成合 力。
我校有一支高素质的教师队伍，人人心系学校发展，甘于奉献， 富有进取和团结协作精神，这是我校经久不衰的光荣传统。但我们必须 清醒的认识到，我们目前存在的问题和如何提升教师德育水平，将是我 校师资队伍建设成功与否的关键，也是能否保障我校稳定发展的关键因 素。
P'a=0.86×Pa=0.86×5.47=4.7kN/m，
作用点位置距波峰面
y'
ac=
1 2
×0.86=0.43。
单个排架处纵梁迎波面宽度为 7- 2.2=4.8，则纵梁所受静水压力及
动水压力分别为：
4.8P' s= 4.8×3.8= 18.24kN，4.8Pa' = 4.8×4.7= 22.56kN。
1） 静水压力计算
静水压力计算公式：Ps= γ·η； 式中：γ—水的重度 （kN/m）3 ，γ=10.25kN/m3；
η （x） —波峰面在静水面上的高度 （m），η （x） 根据波面方程
! " 计算 η （x） = H coskx+ πH2 f
2
2L
d L
cos2kx；
x—波峰位置为零起算的水平距离(m)，x=- b/2~b/2；
u2 2g
=1.7×10.25× 2.092 2×9.8
=3.88kN/m2
作用在静水面以下的动水总压力：
pa2=
1 2
（5.47+3.88）×3.46=16.2kN/m
作用点距波峰面的距离：
yac2=
3.9+
3.9 3
×
（5.47+2×3.88） =5.53m， （5.47+3.88）
则上部结构单位宽度上所受动水压力为：
Pa= Pa1+ Pa2= 21.33+ 16.2= 37.53kN/m
合力作用点距波峰面的距离为：yac=
源自文库
Pa1ysc1+Pa2ysc2= Pa
3.49m
码头横梁及靠船构件迎波面宽度为 2.2m，则横梁及靠船构件所受
静水压力及动水压力分别为：
2.2Ps=2.2×216.4=476.1kN，2.2Pa=2.2×37.53=82.6kN。
176 2011 年 4 月（ 上）
η 2
= 3.9 2
=1.95m；
静水面以下 z2=3.46m 处：
cosh（ 2π（d-z2） ）
u2=
πH T
L sinh 2πd
cos
2πx L
L
=
π×6.53 9.8
cosh×（
2π（19.96-3.46） 102
sinh
2π×19.96 102
）
×cos
2π×0 102
=2.09m/s
pa2=1.7γ
波浪力荷载图示见下图：
图 ２ 波浪荷载标准值分布简图
四、结语 本文参照相关的港工结构设计技术规范、标准和相关设计计算手 册等资料，并查阅了很多以往设计成果，结合作者自身多年来的设计工 作实践，主要针对波浪力作用和作用效应，如波浪对高桩码头上部梁板 的作用力、波浪对梁的侧向压力包括静水压力和动水压力等的计算及其 主要参数的选取，以实例的形式，进行了比较系统的介绍，希望能起到 抛砖引玉的作用。 作者简介：闫淑英，毕业于长沙理工大学港口航道与海岸工程专 业，主要从事港口工程结构设计与咨询。
= π×6.53
102
cos 2π×0 =2.48m/s
9.8
sinh
2π×19.96 102
100
pa1=1.7γ
u12 2g
=1.7×10.25× 2.482 2×9.8
=5.47kN/m
则作用在静水面以上的动水总压力：pa1= 5.47×3.9= 21.33kN/m
作用点距波峰面的距离：yac1=
Ps= Ps1+ Ps2=78+ 138.4= 216.4kN/m
合力作用点距波峰面的距离为 ysc= Ps1yscP1+sPs2ysc2=4.54m
2） 动水压力计算
动水压力计算公式：pa=
1.7γ
u2 2g
；
式中：u—水质点轨道运动的水平分速度 （m/s），可根据下式计算：
cosh（ 2π（d-z） ）
波浪对纵梁的侧面波压力计算参照以上方法计算。纵梁底高程为
z=6.5m，经计算，ps （6.5） =0.86×γ=0.86×10.25=8.82kN/m2，
则纵梁单位宽度上所受的静水压力
P's=
1 2
×8.82×0.86=3.8kN/m2，
作用点位置距波峰面
y'
sc=
2 3
×0.86=0.57m；
纵梁单位宽度上所受的动水压力