桩基结构物波浪力的工程计算方法.pdf

上海交通大学硕士学位论文桩基结构物波浪力的工程计算方法姓名：姚文伟申请学位级别：硕士专业：港口、海岸及近海工程指导教师：刘桦20090101上海交通大学硕士学位论文 第 I 页 桩基结构物波浪力的工程计算方法 摘 要 桩基结构已广泛地应用于跨海大桥、近海风电场以及各种港口与海岸工程在近海、海岸工程设计施工中，桩基结构所承受的波浪荷载通常是结构设计的控制荷载因此，正确确定波浪力对海洋工程的设计施工具有重要意义 本文发展了波浪对圆形承台及其下部桩柱作用力的工程计算方法、研究了承台的存在对桩柱上波浪力的影响规律，计算分析了承台效应系数和群桩系数承台上波浪力的计算采用Garrett(1971)发展的基于线性势流理论和特征函数展开的解析方法，给出了有限水深及线性规则波作用下固定不动的圆台上的水平作用力、垂向作用力及力矩的计算公式，给出了作用力与ka（k —波数、a —圆台半径）的关系桩柱上波浪力的计算采用Morison公式，在无承台情况下按照《海港水文规范》的要求计算，在有承台时利用考虑圆台作用的波浪速度势计算桩柱波浪力计算所需的水质点速度与加速度从而得到波浪力将以上工程计算方法编写了Matlab进行程序。

重点讨论了承台对桩基上波浪力的影响，给出了承台下桩柱上波浪力的变化规律，同时针对某典型桩基结构布置形式给出了上海交通大学硕士学位论文 第 II 页 承台效应系数和群桩系数随相对水深、无量纲承台半径、相对吃水深度等参数的变化规律 最后，将以上工程计算方法应用于具体工程实例文中计算了上海东海大桥100MW海上风电示范项目工程风机基础的承台及8根斜桩上的波浪力 关键词：单桩，群桩，承台，波浪力 上海交通大学硕士学位论文 第 III 页 An Engineering Approach for Computation of Wave Loads on Pile-slab Structures ABSTRACT Pile-slab structures are wildly used in the area of coastal and offshore engineering such as sea crossing bridge and offshore wind power plant. In the design and construction of coastal and offshore engineering, the wave loads exerted on the piled structures under the action of waves and currents are generally the dominant role. Therefore, it is crucial to evaluate and forecast the hydrodynamic loads properly. An engineering approach for computation of wave loads on pile-slab structures was proposed and the influence of slab on the wave loads on the piles was discussed, two coefficients in terms of slab effect and the grouping piles were computed and analyzed. The wave loads on the slab were obtained by using an eigenfunction expansion method developed by Garrett(1971). The relationship between wave force and ka (k-wave number, a-radius of the circular dock) was discussed. The wave loads on piles were computed by using the Morison equation, based on the code and literature available. The velocity and acceleration of water particles were derived through the 上海交通大学硕士学位论文 第 IV 页 analytical solution of velocity potential of the wave scattered by the slab for computation of wave loads. The approach was implemented by the use of Matlab. The wave loads on the slab and eight inclined piles of the wind power demonstration project near the Donghai Bridge was computed by the method. Key words: single pile, grouping piles, dock, wave force 上海交通大学硕士学位论文 第 V 页 主要符号说明 Aθ 承台底面斜桩与承台中心连线与x轴的夹角 Bθ 水底面斜桩与承台中心连线与x轴的夹角 Dθ 承台底面直桩与承台中心连线与x轴的夹角 wθ 波浪传播方向与x轴的夹角 ζ 斜桩的倾斜角 ξ 斜桩的波向角 ρ 水体密度 ω 绝对圆频率 0λ 波数 Iφ入射波势 Sφ 散射波势 a 承台半径 d 水深 D 桩柱直径 g 重力加速度 H 波高 L 波长 t 计算时间 T 波周期 xF 波向力 上海交通大学硕士学位论文 第 VI 页 yF 横向力 zF 垂向力 xcalF 桩柱波向力的计算值 expxF 桩柱波向力的实验值 M 承台倾覆力距 ru 水质点径向速度 uθ水质点切向速度 xu 水质点水平向速度 yu 水质点横向速度 zu 水质点垂向速度 ra 水质点径向加速度 aθ水质点切向加速度 xa 水质点水平加速度 ya 水质点横向加速度 za 水质点垂向加速度 1K 承台效应系数 2K 仅考虑相位差效应的群桩系数 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名：姚 文 伟 日期：2009年 2 月 25 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密□，在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密□√ （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名：姚 文 伟 指导教师签名：刘 桦 日期：2009年 2 月 25 日 日期：2009年 2 月 25 日 上海交通大学硕士学位论文 第 1 页 第一章 绪 论 1.1引言 海洋是一个巨大的资源宝库，随着社会的发展、科技的进步，人类对海洋的开发力度也在不断加大，特别是海洋石油、海上航运等事业的蓬勃发展促使了与之相适应的海岸及近海工程进入近年来发展最迅速的时期。

而为了保障这些经济活动的顺利进行，人们在近岸海域修建了各种海工建筑物，其中直径相对于波长很小的圆形桩柱结构应用得尤为广泛在近岸海域，波浪是一类重要的动力因素，波浪与结构物发生作用后，在结构物附近，波面将发生复杂的非线性变形，同时，在实际工程中，这种小尺度桩柱一般都是一桩柱群的形式出现，由于柱群。