作用在直立,柱上的破碎波浪力研究徐兴平石油大学机电工程学院。山东东营25冲击绕流法特点进行了分析。提出了计算破碎波浪力的绕流绕流冲击法。并给出了计算实例。结果明。用绕流绕流冲击法计算出的破碎波浪力比常规波浪力大约3倍,约为冲击绕流法的2倍。实验结果证实了此法的正确性。本研究可为新滩海海洋结构物的设计和现役结构的安全使用提供理论依据。
滩海结构物在海洋环境中工作时,会受到海洋环境载荷风力海流力破碎波浪力地震力冰力雪力等的作甩特别会受到破碎波浪力的作用,因而破碎波浪力是滩海结构物设计时的重要控制因素之。由于滩海海浪的特殊性,海浪自深海传向岸时,海水深度逐渐变小,海浪会发生定程度的破碎,破碎后波浪的要素如波高周期波长等会发生变化,因此,不能用传统的波浪理论或深海海浪谱来计算滩海波浪力。但在工程实际中,仍常用传统的深海波浪。论和波娘谱迸滩海波浪力十算。这种计算的误差有多大,到目前为止还是个未知数,从而使得滩海结构的设计存在变数。因此,有必要寻找种计算滩海破碎波浪力的理论和方法。
1作用在直立柱体上的破碎波浪力现有计算方法分析1.1莫里森公式作用在单位长度柱体上的水平方向波浪力是阻力与惯性力之和,为柱体轴线处水质点的速度;为波浪的阻力系数,对十破碎波,戈内海;利研宄心,甓雍推荐数;为海水密度;为柱体水平断面的面积。
及的数值可从海洋工秤手册中齐到于,及,的数值分散性很尤美国海岸工程研究中心根据实验和莫里森公式,给出了最大破碎波浪力的计算公式莫里森方程是针对深海波浪力而言的,没有考虑波浪的反射,它适用于小尺度结构,但对于大尺度结构,会引起很大的误差。莫里森方程的适用范围为不考虑极浅海破碎波浪的特殊性,只改变阻力系数,就将莫里森方程用于极浅海破碎波浪力的计算是厂前尚尤理论依据。实验也没讨此加以证实。
冲击绕流法冲山烧流法,平由合等人于1966年提出。
1982年斯41提出了类似的方法。该方法将破碎波浪力对桩柱的作用力分为两部分,上部为破碎波浪引起的冲击力,下部为波动水对桩柱的绕流力,如静水面的高度;为卷曲系数。冲击力是由于波浪破碎时变成直立的波峰前部与圆柱发生撞击所引起冲击力进行计算,但要考虑结构的动力反应;绕流部水质点的速度按波浪理论进行计算。
1.2.2冲击力的计算界给出的单位长度,柱上的冲击力广计算公式为冲击力的作用长度为入1.
2绕流绕流冲击法的提出莫里森公式是根据常规波浪和实验得到的个计算波浪力的经验公式,在计算破碎波浪力时,只改变阻力系数的,值。闪而不能很好地反映实际的破碎波浪力情况。冲击绕流法在定程度上反映了破碎波对,柱的作用特点,但使用该方法进行破碎波浪力计算时,无论是冲击力的计算还是绕流力的计算都与实际情况不完全致,与实测结果也不相吻合,这说明用以1两种法算破碎波浪力并不可靠。
经过大量的研究发现,前两种方法的缺点在于没有充分考虑破碎波内水质点的速度场,为此,对冲击专流法进行了改进,提出了计算破碎波浪力的绕流绕流冲击法。
分仍按。1知0公式进行算= 1.2.1绕流力的计算绕流力计算公式仍为式但波浪力的作用高度为该方法的要点是将破碎波浪力的计算分成3个部分1波浪破碎部分,作用距离为吼;2波浪破碎部分以1到波芥部分3波芥到私底部分2.1第部分绕流力的计算计算公式仍为式⑴但波浪力的作用度为这样,作用在桩柱上的绕流力为水质点的违度按波浪理。论进行汁算第部分绕流力的计算其中计算公式仍为式但波浪力的作用高度为Vtv;Vi+H,趴离。
这样,作用在柱上的第部分绕流力为〃,I;1质点的速度不能再按前面的波浪理论进行计算。1是要报,文献2第拿的分祈来确定,2.3冲击力的计算计算公式仍为式但由于此时阻尼力占主导地位,因此惯性力1以忽略这样单位长度桩柱1的冲击力为3.3按绕流绕流冲击法计算⑴第部分绕流力的计算波浪力的作用高度为由此按式5兑的绕流力为中的理论进行算波浪力的作用;1度为入1 3算例2第部分绕流力的计算波浪力的作用高度为由此按式6算得的绕流力为。的桩柱处于水深=.1的海水中,柱伸出水面,波高7=,66爪,波浪周期7=2.8,按简谐波和破碎波分别计算作用在,柱上的最大波浪力。
3.1按简谐波计算根椐募以森方祀波浪乃的计算公式为取2.0.按简谐波理论,有其中,众=由此可求出最大波他1.6,为波浪圆频率……3第部分冲七力的计算按式7兑得的冲击力为总的最大破碎波浪力为FFiFi=15.7.按本文提出的计算破碎波浪力理论算得的最大破碎波浪力数值最大,为线性波浪理论的4.1倍,为冲击绕流法的1.9倍。
4计算结果与实验结果对比0人3在3个不同尺度长父宽父高2.13,3.9,的水池中进行了破碎波浪力测试。
广将,1代入莫里森方程,可求得作用在桩柱的最大波浪力为按冲击绕流法计算绕流力的计算按式3算得破碎波浪力为第部分冲击力的计算按式4算得破碎波浪冲击力为最大总破碎波浪力作用在桩柱上的总波浪力为按本文捉出的方法计兑的最大破砰波浪力15.7池中实验得到的结果,提出了个计算破碎波浪力由此公式算得例的最大破碎波浪力为17.5队与采用本文方法计算结果的相对误差为10;李炎保4也迎过实验得到广类似的结果;1者还将农用本文方法计算的结果与1.8腿3等实验结果进行了对比,者误差+到以上可以充分说明本文中提出的计算理论是正确的。当然这是理论计算与模型实验结果的对比,该名称节能住宅构造增加投资元屋面构造1防水卷材13水泥砂浆找平,厚15出1 0水泥珍珠岩找坡,最薄处厚8,预应力混凝土空心板0防水卷材13水泥砂浆找平,厚15聚苯乙稀泡沫板厚50mm自媳型预应力混凝土空心板混合砂写虻祝,癖5,1外墙13水泥砂,打底找平,厚25爪1 240粘土实心砖混合砂浆打底找平,厚20mm3水泥砂浆打底找平,厚251240粘土空心砖钢丝网聚苯板,厚5,1混合砂浆打底找平。厚2外窗单层铝合金窗单层塑钢窗从3中可以看出,因建筑节能围护结构,加投资83041元,每平方住宅增加投资39.44元。,加投资与总投资之比为,+小于⑴化标准要求在投资仅增加4.9的情况下,实施本文中建议的旧护结构节能构造措施。加之本地区汁兑用采暖期室外1均温度为0.51则用文献4的相应条文计戴就可以满足建设部要求的围护结构节能30的规定,同时可以大大改善居民的居住水平。
4结论1本地区己建住宅围护结构传热系数及热量指标均不能满足节能住宅标准要求。屋面采用的保那材抖及保温构造措施不付淋材料保温性能黾冷桥部位没有作特殊保温处理。采用的金属单框门财保温隔热性能差。
2降低建筑物的体形系数。减小窗墙比和选择良好的建筑朝以,效地,建筑节能效,适当增加建筑的进深,减小建筑面宽,增加建筑层数及住宅拼接单元均能有效地减小建筑物的体形系数。
减小窗户面积,可以有效地减少能量损耗。,3改变建筑物围护结构构造,使用保温隔热性能优良的节能材料,可以大大地降低建筑能耗,在建筑总投资又增加的情况很人程度上改变了居住的舒适度,提高了居民的居住水平。
⑷使用保温隔热好的节能建材可以大大地提高节能率,不仅使建筑物满足节能标准,而且能改善居住环境杨善勤,郎维。涂逢样。建筑节能胗。北京中国建筑工业出版社,1999.
山东省建设委员会勘察设计处。民用建筑节能设计标准采暖居住建筑部分山东省实施细则08148298 8济南山东建筑工程学院出版社,1998.
0265民用建筑节能设计标准采暖居住建筑部编辑沈玉英理论还有持于现场实测纳汜的检验,5结束语用本文理论计算得到的最大破碎波浪力约为规则波浪理论的4倍,约为冲击嘴流法的2倍。本文中的计算结果得到了实验的证实,是可信的。
ConfCoastalEngSouthAfrica,198Z2徐兴平。滩海破碎波浪力及其对海洋结构物安全性的影响。东营石油大学,2003.
4李炎保。浅水破碎波对直立圆柱作用力的试验研宄编辑沈玉英