波浪荷載定義

海洋工程結(jié)構(gòu)在海洋風(fēng)浪流環(huán)境下地受載，總稱為波浪載荷。

波浪載荷包括：

直接作用于海洋工程結(jié)構(gòu)上的水動壓力；

海洋工程結(jié)構(gòu)在風(fēng)浪流中運動產(chǎn)生加速度導(dǎo)致的慣性力；

海洋工程結(jié)構(gòu)發(fā)生總體和局部的動態(tài)應(yīng)力（應(yīng)變），從而使結(jié)構(gòu)受剖內(nèi)部構(gòu)成所謂在和效應(yīng)的彎矩（剪力）和扭矩。

波浪荷載是由波浪水質(zhì)點與結(jié)構(gòu)間的相對運動所引起的。波浪是一隨機性運動，很難在數(shù)學(xué)上精確描述。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件（部件）的直徑小于波長的20%時，波浪荷載的計算通常用半經(jīng)驗半理論的美國莫里森方程；大于波長的20%時，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)對入射波場的影響,考慮入射波的繞射,計算時用繞射理論求解。影響波浪荷載大小的因素很多，如波高、波浪周期、水深、結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、群樁的相互干擾和遮蔽作用以及海生物附著等。

波浪荷載動態(tài)載荷

由于海洋環(huán)境的風(fēng)浪是動態(tài)的，是隨時隨地變化著的，海洋工程結(jié)構(gòu)的受載也是隨著風(fēng)浪流的變動而變化的。

海洋工程結(jié)構(gòu)遭遇風(fēng)浪的不同嚴(yán)重程度，可以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)波浪載荷和瞬態(tài)波浪載荷兩類。

波浪荷載海洋工程結(jié)構(gòu)總體受載與局部受載的組合

海洋工程結(jié)構(gòu)有局部組成總體，海洋工程結(jié)構(gòu)在海浪中既遭受局部的波浪水動力載荷，又同時受著總體的載荷效應(yīng)——彎矩和扭矩等。這句不和總體受載是同時存在的，且是動態(tài)疊加的。

波浪荷載常用特征波法和譜分析法確定。對一些特殊形狀或特別重要的海洋工程結(jié)構(gòu)，除了用上述的方法進行計算分析外，還應(yīng)進行物理模型試驗，以確定波浪力。

波浪荷載特征波法

選用某一特征波作為單一的規(guī)則波，并以它的參數(shù)（有效波高、波浪周期、水深）和結(jié)構(gòu)的有關(guān)尺寸代入莫里森方程或繞射理論的公式，求出作用在結(jié)構(gòu)上的波浪力。此法簡便易行，在海洋工程設(shè)計廣泛應(yīng)用。

波浪荷載譜分析法

利用海浪譜進行波浪荷載計算、結(jié)構(gòu)疲勞和動力響應(yīng)分析的一種方法。把波浪作為隨機性的、由許多不同波高和波周期的規(guī)則波線性迭加而成的不規(guī)則波，用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的方法收集、分析處理波浪觀測數(shù)據(jù)，由于它能較精確地反映波浪的能量分布規(guī)律，所以是一種比較理想的方法。海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中常用的有P-M和聯(lián)合(JONSWAP)譜。

譜分析法中,波力譜(輸出譜)Sff(ω)和海浪譜Sηη(ω)（輸入譜）呈下述關(guān)系

Sff(ω)=喣Tff(ω)喣2Sηη(ω)

式中Tff(ω)為頻率響應(yīng)函數(shù);ω為波浪頻率。波力譜確定后，可求出波浪力分布函數(shù)中的統(tǒng)計特征值，進而得到某一累積概率的波浪力。2100433B

本項目針對跨海近海岸橋梁在極端波浪荷載作用下災(zāi)變毀壞問題，采用數(shù)值仿真和寬水槽模型試驗相結(jié)合的方法，開展近海岸橋梁在極端波浪荷載下毀壞形式和機理研究。研究中首先引入兩相流的概念，建立了基于大渦模擬（LES）和流體體積法（VOF）的三維波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用的數(shù)學(xué)模型,重點將建立高精度自由水面追蹤方法與虛擬邊界力方法用于準(zhǔn)確模擬強非線性破碎波與復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)物的相互作用。通過三維波浪與梁體的相互作用的數(shù)值仿真獲得梁體所受的瞬時波浪力，結(jié)合寬水槽模型試驗結(jié)果確定最不利的波浪荷載組合，分析橋梁在波浪荷載作用下的受力特點、最大波浪力隨淹沒深度變化趨勢及橋梁周圍流場動力特性。通過模擬在極端波浪荷載作用下近海岸橋梁結(jié)構(gòu)失效模式研究橋梁的破壞形式和在海岸災(zāi)害中毀壞機理。為近海岸橋梁的設(shè)計和施工提供必要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

近海岸橋梁面臨海岸帶環(huán)境中復(fù)雜的動力作用，這些動力作用一般包括風(fēng)、波浪、潮汐和洋流等。風(fēng)暴潮與波浪的聯(lián)合作用往往使得跨海橋梁周圍水位升高，波浪越頂，潮流紊亂，產(chǎn)生沖刷等，這些自然條件給橋梁的安全性帶來巨大的隱患。我國跨海橋梁的興建方興未艾，近海岸橋梁的設(shè)計與建造必須考慮到海岸帶可能發(fā)生的最惡劣情況，否則將會造成嚴(yán)重的災(zāi)難性事故。因此開展近海岸橋梁在極端波浪荷載作用下毀壞形式和機理的研究已成為急需解決的關(guān)鍵課題。 該項目采用數(shù)值仿真和水槽模型試驗相結(jié)合的方法，開展近海岸橋梁在極端波浪荷載下毀壞形式和機理的研究。研究中首先引入兩相流的概念，建立了基于大渦模擬（LES）和流體體積法（VOF）的三維波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用的數(shù)學(xué)模型,重點將建立高精度自由水面追蹤方法與虛擬邊界力方法用于準(zhǔn)確模擬強非線性破碎波與復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)物的相互作用。通過三維波浪與梁體的相互作用的數(shù)值仿真獲得梁體所受的瞬時波浪力，結(jié)合水槽模型試驗結(jié)果確定最不利的波浪荷載組合。分析橋梁在波浪荷載作用下的受力特點、最大波浪力隨淹沒深度變化趨勢及梁體周圍流場動力特性。在此基礎(chǔ)上，通過模擬在極端波浪荷載作用下近海岸橋梁結(jié)構(gòu)失效模式研究橋梁的破壞形式和在海岸災(zāi)害中毀壞機理。通過該項目的研究取得如下成果： （1）建立基于大渦模擬和VOF方法的三維波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用的數(shù)學(xué)模型。在結(jié)構(gòu)物邊界處理研究中,結(jié)合虛擬邊界力方法,提出二步邊界定位法,實現(xiàn)流體與復(fù)雜結(jié)構(gòu)物邊界的精確模擬，并進一步針對三維波浪與復(fù)雜構(gòu)形橋梁結(jié)構(gòu)的相互作用進行計算程序的開發(fā)和應(yīng)用研究,分析在三維波浪作用下,橋梁梁體所受的波浪力特點和梁體周圍流場分布特性，為近海岸橋梁的抗波浪力和穩(wěn)定性設(shè)計提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。 （2）進行一系列的水槽模型試驗。模型試驗將橋梁高程、淹沒深度、波高、規(guī)則波和不規(guī)則波作為變量進行試驗對比，確定最不利的波浪荷載組合，分析橋梁在波浪荷載作用下的受力特點、最大波浪力隨淹沒深度變化趨勢，研究極端波浪荷載作用下近岸橋梁結(jié)構(gòu)失效模式和毀壞機理。 （3）通過三維波浪與橋梁相互作用仿真研究獲得瞬時的梁體所受波浪荷載，結(jié)合水槽模型試驗，深入開展近海岸橋梁在極端波浪荷載下毀壞形式和機理的研究，為近海岸橋梁的設(shè)計和施工提供必要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。這對進一步提高近海岸橋梁設(shè)計精細化研究，增強結(jié)構(gòu)安全性和可靠性具有重要意義。 2100433B

利用海浪譜進行波浪荷載計算結(jié)構(gòu)疲勞和動力響應(yīng)分析的一種方法。把波浪作為隨機性的、由許多不同波高和波周期的規(guī)則波線性迭加而成的不規(guī)則波，用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的方法收集、分析處理波浪觀測數(shù)據(jù)，由于它能較精確地反映波浪的能量分布規(guī)律，所以是一種比較理想的方法。海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中常用的有P-M和聯(lián)合(JONSWAP)譜。

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