波浪作用力ppt课件

——水的重度（kN/m3）。
第三章 水作用 第一节 静水压力
静水压力的大小及分布：
（1）与水深呈线性关系，随水深按比例增加； （2）水压力作用在结构物表面法线方向，其分布与受压面形
状有关，分布图的外包线为直线或曲线。
第三章 水作用 第二节 流水压力
位于流水中的桥墩，其上游迎水面受到流水冲击作用。 流水受到桥墩阻碍，对桥墩施加压力。
第三章 水作用 第三节 波浪作用力
描述波浪运动性质及形态的要素：波峰、波谷、波高、波长、 波陡、波速、波周期等。
➢波陡——浪高（H）/ 波长（L）； ➢波浪中线——平分波高的水平线； ➢超高——波浪中线到静止水面的垂直距离（hs）。
波顶 波峰 波浪中心线
源自文库
浪高H
静止水面
波谷 波底
波长 L
超高h s
第三章 水作用 第三节 波浪作用力
➢ 当浅水波继续向海岸推进时，波陡相应增大，波峰发生破碎， 这个区域称为波浪破碎带；
➢ 浅水推进波破碎后，又重新组成新的波浪向前推进，几度破 碎。形成一股水流向前推移，这种波浪称为击岸波；
➢ 击岸波形成的冲击水流即为波浪荷载； ➢ 波浪冲击岸滩或建筑物后，水流顺岸滩上涌，回流大海，这
个区域称为上涌带。
（1）静水压强垂直于作用面，并指向作用面内部； （2）静止液体中任一点处各方向的静水压强都相等。 静水压强＝液体表面压强＋液体内部压强
p p0 h
第三章 水作用 第一节 静水压力
工程中只考虑相对压强（扣除大气压），即：
pa ha
式中 pa——自由水面下作用在结构物任一点a的压强； ha——结构物上的水压强计算点a到水面的距离（m）；
第三章 水作用
➢北方严冬，千里冰封，河 流结冻，引起冻胀力； ➢ 春暖花开，河流解冻，冰 堆推移，流冰冲击，产生冰 压力。
第三章 水作用 第一节 静水压力
在实际工程中，设计和建造水闸、堤坝、桥墩和码头时， 必须考虑水在结构物表面产生的静水压力。静水压力是指静 止液体对其接触面产生的压力。 静水压强具有两个特征：
等速流动的河流可视为流速为v的平面流场，流线为互相 平行的水平线。
第三章 水作用 第二节 流水压力
一、水流流经结构物特征
等速流动的河流 中放置一桥墩，流线 在接近柱体时流动受 阻，在桥墩前一分为 二，沿柱面两侧向后 流动，桥墩后出现旋 涡区。
第三章 水作用 第二节 流水压力
b e
a
等速流动的河流中放置一圆柱体（桥墩），流线在接近圆 柱体时流动受阻，流速减小，压强增大。
到达a点，流线停滞，流速为零，压强最大，a点称为停滞 点。
a点开始，一分为二，沿柱面两侧向前流动，形成边界层流 动，到达b点。
第三章 水作用 第二节 流水压力
b e
a
a点到b点区间，柱面弯曲，流线密集，边界层内流动处 于加速减压状态。
过了b点，流线扩散，处于减速加压状态。 到达e点，来流质点脱离边界向前流动，出现边界层分 离现象。 e点下游水压较低，必有新的流体反向回流，出现旋涡 区。
第三章 水作用 第三节 波浪作用力
水面 d
深水波带 d>L/2
L
H
d1
底面
浅水波带 L/2>d1>dc
L1
H1
击岸波带 d <d
L2
H2
dc
d2
临界水深
上涌带
第三章 水作用 第三节 波浪作用力
二、波浪作用力的计算 波浪作用力的主要影响因素： 波浪特性、构筑物型式、地形地貌、海底坡度等。
第三章 水作用 第二节 流水压力
受到洪水冲 击后的桥梁
第三章 水作用 第三节 波浪作用力
一、波浪特性
波浪是液体自由表面在外力作用下产生的周期性起伏 波动，它是液体质点振动的传播现象。
无风不起浪，波浪在干扰力的作用下生成： ➢由风力引起的波浪称风成波； ➢由月球引力引起的波浪称潮汐波； ➢由船舶航行引起的波浪称船行波。
波浪发生于海面上，然后向海岸传播。 ➢ 在海洋深水区（d >L/2），波浪运动不受海底摩擦阻力影响，
海底水质点，宁静状态，称深水推进波； ➢ 在海洋浅水区（d <L/2），海底对波浪运动产生摩阻作用，
海底水质点，前后摆动，这种波浪称浅水推进波；
第三章 水作用 第三节 波浪作用力
➢ 浅水波波长变短，波速减小，波高增加，波峰尖突，波陡增 大；
风成波是 工程设计 主要考虑 对象
第三章 水作用 第三节 波浪作用力
风成波 船行波
潮汐波 海啸
第三章 水作用 第三节 波浪作用力
在风力直接作用下，静水表面形成的波称强制波；风力渐 止后，波浪依靠其惯性力和重力作用继续运动的波称自由波。
若自由波的外形是向前推进的称推进波，而不再向前推进 的波称驻波。当水域底部对波浪运动无影响时形成的波称深水 波，有影响形成的波称浅水波。
第三章 水作用 第二节 流水压力
桥墩形状系数K
桥墩形状 方形桥墩
K
1.5
矩形桥墩 (长边与水流平行)
1.3
圆形桥墩 0.8
尖端形桥墩 圆端形桥墩
0.7
0.6
矩形桥墩
圆端形桥墩
尖端形桥墩
第三章 水作用 第二节 流水压力
流速随深度呈曲线变化，河床底面处流速接近于零。 为了简化计算，流水压力的分布可近似取为倒三角形， 故其着力点位置取在设计水位以下1/3水深处。
二、桥墩流水压力计算 桥墩上的流水压力标准值可按下式计算
Fw
v2
KA 2g
式中
Fw——作用在桥墩上的流水压力标准值（kN）；
——水的重度（kN/m3）；
v——设计流速（m/s）； A——桥墩阻水面积（m2），计算至一般冲刷线处； g——重力加速度，取9.81（m/s2）； K——由试验测得的桥墩形状系数，按下表取用。
第三章 水作用 第二节 流水压力
根据试验结果绕流阻力可由下式计算：
P
CD
v2
2
A
式中 v——来流流速；A——绕流物体在垂直于来流方向上
的投影面积；CD——绕流阻力系数，主要与结构物形状有
关；——流体密度。
为减小绕流阻力，常将桥墩、闸 墩设计成流线型，降低阻力。
第三章 水作用 第二节 流水压力
荷载与结构设计方法
第三章 水作用
第三章 水作用
本章内容 第一节 静水压力 第二节 流水压力 第三节 波浪作用力 第四节 冰压力 第五节 撞击力 第六节 浮托力
第三章 水作用
水以不同的存在形态和作 用方式对结构物产生作用力。 ➢水库堤坝、河流桥墩：静水 压力和流水压力作用； ➢港口建筑、沿海堤坝：波浪 冲击力作用。