波浪对桩柱作用力的计算.docx

波浪对桩柱作用力的计算摘要：港口码头、跨海桥梁、海洋工程中经常遇到波浪力对桩柱的作用水中的桩柱结构所受的水平力主要来自波浪的作用。本文从波浪力计算理论出发提出波浪力的计算方法并总结出水中的桩柱结构所受的波浪力随时间的变化关系和随高度的变化关系。关键词：波浪力桩柱作用Abstract：Theactionofwaveforcesonpilesisoftenencounteredintheportthecrossseabridgeandtheoceanengineering.Inthisarticlethecalculationmethodofwaveforceispresentedandtherelationshipbetweenthewaveforceandthevariationofthewaveforceinthewatercolumnissummarized.Abstract：WaveforceEffectofwaveonpileorcolumn.港口码头、跨海桥梁、海洋工程中经常遇到波浪力对桩柱的作用水中的桩柱结构所受的水平力主要来自波浪的作用。对于一般的桩柱结构当桩柱的直径D与波浪的波长L的比值D/L0.2时则称为大尺度结构物[1]。港口码头、跨海桥梁、海洋工程常用的桩柱结构一般为小尺度结构物因此本文重点探究小尺度结构物的波浪力计算。1波浪力的计算方法国内外对波浪力的计算理论相差不大都是基于Morison公式[2]内对波浪力的计算主要有《海港水文规范》规定的方法国外对波浪力的计算有美国的API、挪威的DNV等标准提出的方法。基于Morison理论的波浪力计算公式如下：（公式-1）（公式-2）（公式-3）上式中：PD是波浪力的速度分力（也叫拖曳力）；PI是波浪力的惯性分力；CD是速度力系数；CM是质量力系数；D是桩柱直径；dz是桩柱上每一小分段的长度；A是桩柱的断面积。u、u/t――分别为水质点轨道运动的水平速度和水平加速度；是圆频率；t是时间当波峰通过柱体中心线时t=0；H、T分别是波高和波周期。美国的API规范给出拖曳力系数取0.6～1.0惯性力系数取2.0。国内的《海港水文规范》给出拖曳力系数取1.2惯性力系数取2.0。《海港水文规范》提出的拖曳力系数和惯性力系数比较适合我国的情况因此本文以《海港水文规范》给出拖曳力系数1.2、惯性力系数2.0进行波浪力计算。2波浪力随高度和时间的变化趋势本文模拟了一个我国东部沿海的项目的桩基该项目水深10m采用垂直的钢管桩桩体直径2.5m。计算海浪的波长72m波高3.9m波周期7.8s。采用Excel对周期T内的各时间点、沿桩柱各高度的拖曳力和惯性力的分力分别进行计算然后用数值积分的方法将各分力沿桩柱高度进行积分得出各时间点作用在桩柱上的波浪力的合力。为考察波浪力随桩体高度变化趋势按照公式1～3将桩体在平均海平面以上分为10等份在平均海平面以上分为2等份进行拖曳力和惯性力计算。为考察波浪力随时间变化趋势将一个波周期（7.8s）分为8等份每步T/8进行拖曳力和惯性力计算。计算结果如下表：波浪力随高度和时间的变化趋势表3结论由上述计算可以看出波浪力沿桩柱全高分布在波浪顶面处最大随水深增加而减小。波浪力以时间T周期变化在T=0时拖曳力最大而惯性力为零而在T=T/4和3T/4时拖曳力为零而惯性力最大拖曳力和惯性力的合力在7T/8时最大。参考文献[1]李洪斌、荣维栋等大连理工大学深海工程研究中心小尺度桩柱与波浪相对运动对结构响应的影响研究武汉理工大学学报2015年2月[2]黄锦梅、杨鹏飞山东科技大学有关单桩与群桩波浪力的探讨山西建筑2014年9月作者简介：戴中飞女工程师从事水利水电工程设计工作。