第三章-水作用-课件PPT

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1、荷载与结构设计方法第三章第三章 水作用水作用2021/8/261第三章 水作用 水以不同的存在形态和作水以不同的存在形态和作用方式对结构物产生作用力。用方式对结构物产生作用力。水库堤坝、河流桥墩：静水水库堤坝、河流桥墩：静水压力和流水压力作用；压力和流水压力作用；港口建筑、沿海堤坝：波浪港口建筑、沿海堤坝：波浪冲击力作用。冲击力作用。2021/8/262第三章 水作用北方严冬，千里冰封，河北方严冬，千里冰封，河流结冻，引起冻胀力；流结冻，引起冻胀力； 春暖花开，河流解冻，冰春暖花开，河流解冻，冰堆推移，流冰冲击，产生冰堆推移，流冰冲击，产生冰压力。压力。2021/8/263第三章 水作用本章内

2、容本章内容第一节第一节 静水压力静水压力第二节第二节 流水压力流水压力第三节第三节 波浪作用力波浪作用力第四节第四节 冰压力冰压力第五节第五节 撞击力撞击力第六节第六节 浮托力浮托力2021/8/264第三章 水作用第一节第一节 静水压力静水压力 在实际工程中，设计和建造水闸、堤坝、桥墩和码头时，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。止液体对其接触面产生的压力。静水压强具有两个特征：静水压强具有两个特征：（1）静水压强垂直于作用面，并指向作用面内部；）

3、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静水压强液体表面压强液体内部压强2021/8/265第三章 水作用第一节第一节 静水压力静水压力工程中只考虑相对压强（扣除大气压），即：工程中只考虑相对压强（扣除大气压），即：式中式中 pa自由水面下作用在结构物任一点自由水面下作用在结构物任一点a的压强；的压强； ha结构物上的水压强计算点结构物上的水压强计算点a到水面的距离（到水面的距离（m）；）； g g水的重度（水的重度（kN/m3）。）。2021/8/266第三章 水作用

4、第一节第一节 静水压力静水压力静水压强的大小及分布：静水压强的大小及分布：（1）与水深呈线性关系，随水深按比例增加；）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）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。状有关，分布图的外包线为直线或曲线。2021/8/267第三章 水作用第二节第二节 流水压力流水压力 位于流水中的桥墩，其上游迎水面受到流水冲击作用。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。流水受到桥墩阻碍，对桥墩施加压力。 2021/8/268第三章 水作用第二

5、节第二节 流水压力流水压力受到洪水冲击受到洪水冲击后的桥梁后的桥梁2021/8/269第三章 水作用第二节第二节 流水压力流水压力一、水流流经结构物特征 等速流动的河流等速流动的河流可视为流速为可视为流速为v的平的平面流场，流线为互相面流场，流线为互相平行的水平线。平行的水平线。 等速流动的河流等速流动的河流中放置一桥墩，流线中放置一桥墩，流线在接近柱体时流动受在接近柱体时流动受阻，在桥墩前一分为阻，在桥墩前一分为二，沿柱面两侧向后二，沿柱面两侧向后流动，桥墩后出现旋流动，桥墩后出现旋涡区。涡区。2021/8/2610abe第三章 水作用第二节第二节 流水压力流水压力 等速流动的河流中放置一圆

6、柱体（桥墩），流线在接近圆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。柱体时流动受阻，流速减小，压强增大。 到达到达a点，流线停滞，流速为零，压强最大，点，流线停滞，流速为零，压强最大，a点称为停滞点称为停滞点。点。 a点开始，一分为二，沿柱面两侧向前流动，形成边界层流点开始，一分为二，沿柱面两侧向前流动，形成边界层流动，到达动，到达b点。点。2021/8/2611第三章 水作用第二节第二节 流水压力流水压力abe a点到点到b点区间，柱面弯曲，流线密集，边界层内流动处点区间，柱面弯曲，流线密集，边界层内流动处于加速减压状态。于加速减压状态。 过了过了

7、b点，流线扩散，处于减速加压状态。点，流线扩散，处于减速加压状态。到达到达e点，来流质点脱离边界向前流动，出现边界层分点，来流质点脱离边界向前流动，出现边界层分离现象。离现象。 e点下游水压较低，必有新的流体反向回流，出现旋涡点下游水压较低，必有新的流体反向回流，出现旋涡区。区。 2021/8/2612第三章 水作用第二节第二节 流水压力流水压力二、绕流阻力二、绕流阻力式中式中v来流流速；来流流速；A绕流物体在垂直于来流方向上绕流物体在垂直于来流方向上的投影面积；的投影面积；CD绕流阻力系数，主要与结构物形状有绕流阻力系数，主要与结构物形状有关；关；r r流体密度。流体密度。l为减小绕流阻力，

8、常将桥墩、闸为减小绕流阻力，常将桥墩、闸墩设计成流线型，降低阻力。墩设计成流线型，降低阻力。l根据试验结果绕流阻力可由下式计算：根据试验结果绕流阻力可由下式计算：2021/8/2613第三章 水作用第二节第二节 流水压力流水压力三、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桥墩上的流水压力标准值可按下式计算式中式中Fw作用在桥墩上的流水压力标准值（作用在桥墩上的流水压力标准值（kN）；）； g g水的重度（水的重度（kN/m3）；）； v设计流速（设计流速（m/s）；）； A桥墩阻水面积（桥墩阻水面积（m2），计算至一般冲刷线处；），计算至一般冲刷线处； g重力加速度，取重力加速度，取

9、9.81（m/s2）；）；K由试验测得的桥墩形状系数，按下表取用。由试验测得的桥墩形状系数，按下表取用。2021/8/2614第三章 水作用第二节第二节 流水压力流水压力桥墩形状方形桥墩矩形桥墩(长边与水流平行)圆形桥墩尖端形桥墩圆端形桥墩K1.51.30.80.70.6桥墩形状系数K尖端形桥墩尖端形桥墩圆端形桥墩圆端形桥墩矩形桥墩矩形桥墩2021/8/2615第三章 水作用第二节第二节 流水压力流水压力 流速随深度呈曲线变化，河床底面处流速接近于零。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，为了简化计算，流水压力的分布可近似取为倒三角形，故

10、其着力点位置取在设计水位以下故其着力点位置取在设计水位以下1/3水深处。水深处。2021/8/2616第三章 水作用第三节第三节 波浪作用力波浪作用力一、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。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：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。由船舶航行引起的波浪称船行波。l风成波是风成波是工程设计工

11、程设计主要考虑主要考虑对象对象2021/8/2617第三章 水作用第三节第三节 波浪作用力波浪作用力风成波风成波潮汐波潮汐波船行波船行波海啸海啸2021/8/2618第三章 水作用第三节第三节 波浪作用力波浪作用力 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。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，波称驻波。当水

12、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。有影响形成的波称浅水波。2021/8/2619第三章 水作用第三节第三节 波浪作用力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、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、波速、波周期等。波陡波陡浪高（浪高（H）/ 波长（波长（L）；）；波浪中线波浪中线平分波高的水平线；平分波高的水平线；超高超高波浪中线到静止水面的垂直距离（波浪中线到静止水面的垂直距离（hs）。）。2021/8/2620第三章 水作用第三节第三节 波浪作用力波浪作用力 波浪发生于海面上，然后向海岸传播。

13、波浪发生于海面上，然后向海岸传播。在海洋深水区（在海洋深水区（d L/2），），波浪运动不受海底摩擦阻力影响，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；海底水质点，宁静状态，称深水推进波；在海洋浅水区（在海洋浅水区（d 1/3时：时：当当1/3d1/d1/4时：时：（3）墙底处波压强度）墙底处波压强度pb为：为：2021/8/2636第三章 水作用第三节第三节 波浪作用力波浪作用力（4）单位长度墙身上的总波浪力）单位长度墙身上的总波浪力P为：为：当当2/3d1/d1/3时：时：当当1/3d1/d1/4时：时：（5）墙底波浪浮托力）墙底波浪浮托力pu为为 ：2021/8/

14、2637第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力 位于冰凌河流的桥梁墩台和水库的坝体，由于冰层作用位于冰凌河流的桥梁墩台和水库的坝体，由于冰层作用对结构产生冰压力。按照其作用性质的不同可分为：对结构产生冰压力。按照其作用性质的不同可分为： u静冰压力：静冰压力：冰堆整体推移的静压力；冰堆整体推移的静压力；风和水流作用于大面积冰层引起的静压力；风和水流作用于大面积冰层引起的静压力；冰覆盖层受温度影响膨胀时产生的静压力；冰覆盖层受温度影响膨胀时产生的静压力；冰层因水位升降还会产生竖向作用力。冰层因水位升降还会产生竖向作用力。u动冰压力主要指河流流冰产生的冲击动压力。动冰压力主要指河流流冰产生的冲击

15、动压力。2021/8/2638第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力冰冰堆堆整整体体推推移移产产生生压压力力风风和和水水流流作作用用冰冰面面冰冰盖盖的的温温度度变变化化膨膨胀胀力力流流冰冰产产生生的的冲冲击击动动压压力力2021/8/2639第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力一、冰堆整体推移的静压力 当大面积冰层受阻于桥墩，形成冰层或冰堆。墩台受到当大面积冰层受阻于桥墩，形成冰层或冰堆。墩台受到流冰挤压，并在冰层破碎前的一瞬间对墩台产生最大压力，流冰挤压，并在冰层破碎前的一瞬间对墩台产生最大压力，此压力等于冰强度乘以挤压面积，可导出极限冰压力计算公此压力等于冰强度乘以挤压面积，可导出极

16、限冰压力计算公式。式。 2021/8/2640第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力式中式中P 极限冰压力合力（极限冰压力合力（N）；）； h 计算冰厚（计算冰厚（m）；）； b 墩台或结构物在流冰作用高程处的宽度（墩台或结构物在流冰作用高程处的宽度（m）；）； Ry 冰的抗压极限强度（冰的抗压极限强度（Pa），流冰期冰块的实际），流冰期冰块的实际强度，也可取开始流冰的强度，也可取开始流冰的Ry=735kPa，最高流冰水位时，最高流冰水位时Ry=441kPa； A 地区系数，气温在零上解冻时为地区系数，气温在零上解冻时为1.0；气温在零下；气温在零下 解冻且冰温为解冻且冰温为-10及以下者为

17、及以下者为2.0；其间插入；其间插入； m 墩台形状系数，与墩台截面形状有关，表墩台形状系数，与墩台截面形状有关，表3.5。2021/8/2641第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力墩台平面形状三角形夹角2a（）圆形矩形45607590120形状系数m0.600.650.690.730.810.91.0表表3.5 墩台形状系数墩台形状系数m值值2021/8/2642第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力式中式中 Ft冰压力标准值（冰压力标准值（kN）；）；m桩或墩迎冰面形状系数，按表桩或墩迎冰面形状系数，按表a取用；取用；Ct冰温系数，可按表冰温系数，可按表b取用；取用；b桩或墩迎冰面投

18、影宽度（桩或墩迎冰面投影宽度（m）；）；t计算冰厚（计算冰厚（m），可取实际调查的最大冰厚；），可取实际调查的最大冰厚；Rik冰的抗压强度标准值（冰的抗压强度标准值（kN/m2），可取当地冰温），可取当地冰温0时的冰抗压强度；当缺乏实测资料时，对海冰可取时的冰抗压强度；当缺乏实测资料时，对海冰可取Rik=750 kN/m2；对河冰，流冰开始时；对河冰，流冰开始时Rik750 kN/m2，最，最高流冰水位时可取高流冰水位时可取Rik=450kN/m2。04桥规：桥规：2021/8/2643第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力迎冰面形状平面圆弧形尖角形的迎冰面角度45607590120m1.0

19、00.900.540.590.640.690.77表a 桩或墩迎冰面形状系数m冰温（）0-10及以下Ct1.02.0表b 冰温系数Ct注：(1)表列冰温系数可直线内插； (2)对海冰，冰温取结冰期最低冰温；对河冰，取解冻期最低冰温。2021/8/2644第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力二、大面积冰层的静压 由于水流和风的作用，推动大面积浮冰移动对结构物产生由于水流和风的作用，推动大面积浮冰移动对结构物产生静压力，可根据水流方向和风向，考虑冰层面积按下式计算静压力，可根据水流方向和风向，考虑冰层面积按下式计算2021/8/2645第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力式中式中 P作用于

20、结构物的正压力（作用于结构物的正压力（N）；）； 浮冰冰层面积浮冰冰层面积(m2)，一般采用历史最大值；，一般采用历史最大值； P1水流对冰层下表面摩阻力水流对冰层下表面摩阻力(Pa)，取为，取为0.5vs2，vs为为冰层下的流速冰层下的流速(m/s)； P2水流对浮冰边缘的作用力水流对浮冰边缘的作用力(Pa)，可取为，可取为50hvs2/l，h为冰厚为冰厚(m)，l为冰层沿水流方向的平均长度为冰层沿水流方向的平均长度(m)，在河中，在河中不得大于两倍河宽；不得大于两倍河宽；2021/8/2646第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力P3由于水面坡降对冰层产生的作用力由于水面坡降对冰层产生的

21、作用力(Pa)，等于，等于920hi，i为水面坡降；为水面坡降；P4风对冰层上表面摩阻力风对冰层上表面摩阻力(Pa)，P4=(0.001-0.002)VF，VF为风速为风速,采用历史上有冰时期和水流方向基采用历史上有冰时期和水流方向基本一致的最大风速本一致的最大风速(m/s)； a a结构物迎冰面与冰流方向间的水平夹角；结构物迎冰面与冰流方向间的水平夹角； b b结构物迎冰面与风向间的水平夹角。结构物迎冰面与风向间的水平夹角。2021/8/2647第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力大面积浮冰移动对结构物产生静压力，与浮冰冰层面积成大面积浮冰移动对结构物产生静压力，与浮冰冰层面积成正比，美

22、国某市正比，美国某市Bailey Avenue Bridge采用破冰手段减小浮采用破冰手段减小浮冰对桥墩的压力。冰对桥墩的压力。2021/8/2648第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力三、冰覆盖层受到温度影响膨胀时产生的静压力 冰盖层温度上升产生膨胀而受到桥墩等结构物约束时，冰盖层温度上升产生膨胀而受到桥墩等结构物约束时，则在桥墩周围出现冰压力。冰的膨胀压力与冰面温度、升温则在桥墩周围出现冰压力。冰的膨胀压力与冰面温度、升温速率和冰盖厚度有关。速率和冰盖厚度有关。冰与结构物接触面的静压力按下式确定：冰与结构物接触面的静压力按下式确定：2021/8/2649第三章 水作用第四节第四节 冰压

23、力冰压力式中式中 P冰层升温时，冰与结构物接触面产生的静压力冰层升温时，冰与结构物接触面产生的静压力(Pa)； t0冰层初始温度冰层初始温度()，取冰层内温度的平均值，或取，取冰层内温度的平均值，或取0.4t，t为升温开始时的气温；为升温开始时的气温； h h冰温上升速率（冰温上升速率（/h），采用冰层厚度内的温升平），采用冰层厚度内的温升平均值，即均值，即h=t1/s=0.4t2/s，其，其s为气温变化的时间为气温变化的时间(h)，t1为期为期间间s内冰层平均温升值，内冰层平均温升值，t2为期间为期间s内气温的上升值；内气温的上升值；2021/8/2650第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰

24、压力 h冰盖层计算厚度冰盖层计算厚度(m)，采用冰层实际厚度，但不大，采用冰层实际厚度，但不大于于0.5m； b墩台宽度墩台宽度(m)； j j系数，视冰盖层的长度系数，视冰盖层的长度L而定，见下表。而定，见下表。L（m）150j1.00.90.80.70.6n冰压力分布：冰厚方向呈上大下小的倒三角形分布，其合冰压力分布：冰厚方向呈上大下小的倒三角形分布，其合力作用点在冰面以下力作用点在冰面以下1/3冰厚处。冰厚处。2021/8/2651第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力四、冰层因水位升降产生的竖向作用力 冰盖层因水位上升，对桥墩、桩群产生的竖向上拔力，冰盖层因水位上升，对桥墩、桩群产生

25、的竖向上拔力，可按照桥墩四周冰层有效直径为可按照桥墩四周冰层有效直径为50h的平板应力来推算：的平板应力来推算：式中式中 V上拔力（上拔力（N）；）； h冰层厚度（冰层厚度（m）；）； d桩柱或桩群直径（桩柱或桩群直径（m）。）。2021/8/2652第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力五、流冰冲击力 流冰冲击力与冰块的抗压强度、冰层厚度、冰块尺寸、流冰冲击力与冰块的抗压强度、冰层厚度、冰块尺寸、冰块运动速度及方向等因素有关。冰块运动速度及方向等因素有关。2021/8/2653第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力（1）当冰块的运动方向大致垂直于结构物的正面，即冰块）当冰块的运动方向大致

26、垂直于结构物的正面，即冰块运动方向与结构物正面的夹角运动方向与结构物正面的夹角j j = 80o90o时：时：（2）当冰块的运动方向与结构物正面所成夹角）当冰块的运动方向与结构物正面所成夹角j j80o时：时：2021/8/2654第三章 水作用第四节第四节 冰压力冰压力式中式中 P流冰冲击力（流冰冲击力（N）；）； v冰块流动速度（冰块流动速度（m/s），宜按资料确定，当无实测资），宜按资料确定，当无实测资料时，对于河流可采用水流速度；对于水库可采用历年冰块料时，对于河流可采用水流速度；对于水库可采用历年冰块运动期内最大风速的运动期内最大风速的3%，但不大于，但不大于0.6m/s； h流冰厚

27、度（流冰厚度（m），可采用当地最大冰厚的），可采用当地最大冰厚的0.70.8倍，倍，流冰初期取最大值；流冰初期取最大值； 冰块面积（冰块面积（m2），可由当地或邻近地点的实测或调查），可由当地或邻近地点的实测或调查资料确定；资料确定； C系数，可取为系数，可取为136（skN/m3）；）； k、l l与冰的计算抗压极限强度与冰的计算抗压极限强度Ry有关的系数，按表有关的系数，按表3.7采用；采用； m m随随j j角变化的系数，按表角变化的系数，按表3.8采用。采用。2021/8/2655第三章 水作用第五节第五节 撞击力撞击力 在通行船只或有漂流物的河流中，设计水中桥梁墩台时，在通行船只或有

28、漂流物的河流中，设计水中桥梁墩台时，需要考虑船只或漂流物的撞击力。需要考虑船只或漂流物的撞击力。20072007年年6 6月月1515日清晨，广东九江日清晨，广东九江大桥遭运砂船撞击，大桥遭运砂船撞击，200200米桥面米桥面堕入江中。船舶横桥向撞击力远堕入江中。船舶横桥向撞击力远大于设计撞击力大于设计撞击力4040吨。吨。20072007年年8 8月月2929日中午，江苏省日中午，江苏省昆山市大洋桥水域，一艘货船昆山市大洋桥水域，一艘货船撞上大洋桥桥墩，致使大桥部撞上大洋桥桥墩，致使大桥部分桥面发生坍塌。分桥面发生坍塌。 2021/8/2656第三章 水作用第五节第五节 撞击力撞击力广东九江

29、大桥遭运砂船广东九江大桥遭运砂船撞击，撞击，200m桥面堕入江桥面堕入江中。船舶横桥向撞击过中。船舶横桥向撞击过程示意。程示意。2021/8/2657第三章 水作用第五节第五节 撞击力撞击力一、撞击力计算理论 撞击力的大小与撞击速度、撞击方位、撞击时间、船只撞击力的大小与撞击速度、撞击方位、撞击时间、船只吨位或漂流物重量、船只撞击部位形状、桥墩尺寸及强度等吨位或漂流物重量、船只撞击部位形状、桥墩尺寸及强度等诸多因素有关。诸多因素有关。 因此，确定船只及漂流物的撞击作用是一个复杂的问题，因此，确定船只及漂流物的撞击作用是一个复杂的问题，一般均根据能量相等原理采用一个等效静力荷载表示撞击作一般均根

30、据能量相等原理采用一个等效静力荷载表示撞击作用。用。l我国公路我国公路桥规桥规假定船只或排筏作用于墩台上有效动能假定船只或排筏作用于墩台上有效动能全部转化为撞击力所做的功，按等效静力导出撞击力全部转化为撞击力所做的功，按等效静力导出撞击力F 近近似计算公式。似计算公式。2021/8/2658第三章 水作用第五节第五节 撞击力撞击力 设船只或排筏的质量为设船只或排筏的质量为m，驶近墩台的速度为，驶近墩台的速度为v，撞击时船，撞击时船只或排筏的纵轴线与墩台面的夹角为只或排筏的纵轴线与墩台面的夹角为a a，如图所示，其动能为：，如图所示，其动能为： 船只顺墩台面可以自由滑船只顺墩台面可以自由滑动，侧

31、面动能不能传递到桥墩，动，侧面动能不能传递到桥墩，动能由正面撞击产生，动能仅动能由正面撞击产生，动能仅有前一项，即：有前一项，即： 2021/8/2659第三章 水作用第五节第五节 撞击力撞击力 在碰撞瞬间，船身以一角速度绕撞击点在碰撞瞬间，船身以一角速度绕撞击点A旋转，消耗部分旋转，消耗部分能量，撞击部位塑性变形吸收部分能量，其动能应予折减：能量，撞击部位塑性变形吸收部分能量，其动能应予折减：桥墩获得动能桥墩获得动能能量折减系数按下式计算：能量折减系数按下式计算：式中式中 R水平面上船只对其质心水平面上船只对其质心G的回转半径（的回转半径（m）；）； d质心质心G与撞击点与撞击点A在平行墩台

32、面方向的距离（在平行墩台面方向的距离（m）。）。2021/8/2660第三章 水作用第五节第五节 撞击力撞击力 碰撞过程中，通过船只把传递给墩台的有效动能碰撞过程中，通过船只把传递给墩台的有效动能E全部转全部转化为碰撞力化为碰撞力F所作的静力功。所作的静力功。 设撞击点的总变位为设撞击点的总变位为，材料弹性变形系数为，材料弹性变形系数为C（单位力（单位力所产生的变形），则有：所产生的变形），则有：所做静力功：所做静力功：此静力功等于船只碰撞前的动能：此静力功等于船只碰撞前的动能：2021/8/2661第三章 水作用第五节第五节 撞击力撞击力根据功的互等定理，有：根据功的互等定理，有：令令 及及

33、 代入上式，得：代入上式，得：2021/8/2662第三章 水作用第五节第五节 撞击力撞击力式中式中 F船只或排筏撞击力（船只或排筏撞击力（kN）；）； g g动能折减系数；动能折减系数；v船只或排筏撞击墩台速度（船只或排筏撞击墩台速度（m/s）；）； a a船只或排筏撞击方向与墩台撞击点切线的夹角；船只或排筏撞击方向与墩台撞击点切线的夹角； m船只或排筏质量（船只或排筏质量（t）；）；C弹性变形系数，包括船只或排筏及桥梁墩台的综弹性变形系数，包括船只或排筏及桥梁墩台的综合弹性变形在内，一般顺桥轴方向取合弹性变形在内，一般顺桥轴方向取0.0005，横桥轴方向，横桥轴方向取取0.0003。202

34、1/8/2663第三章 水作用第五节第五节 撞击力撞击力 若取动能折减系数若取动能折减系数 g g=0.4，船只行驶速度，船只行驶速度v =2m/s，撞击角，撞击角 a a=20；再按照航运部门规定的各级内河航道的船只吨位：一；再按照航运部门规定的各级内河航道的船只吨位：一级航道级航道3000t，二级航道，二级航道2000t，三级航道，三级航道1000t，四级航道，四级航道500t， 五级航道五级航道300t， 六级航道六级航道50100t，即可算出表，即可算出表3.9船船只撞击力。只撞击力。内河航道等级一二三四五六顺桥轴方向，通航桥跨一侧70055040030020090120横桥轴方向，桥

35、墩上游端900750550400300110160表表 3.9 船只撞击力（船只撞击力（kN）2021/8/2664第三章 水作用第五节第五节 撞击力撞击力 漂流物对墩台撞击力可视为作用在桥墩上的一个冲量，由能漂流物对墩台撞击力可视为作用在桥墩上的一个冲量，由能量原理冲量等于动量的改变量，可导出撞击力估算公式：量原理冲量等于动量的改变量，可导出撞击力估算公式：式中式中 W漂流物重力（漂流物重力（kN），应根据河流中漂流物情况，），应根据河流中漂流物情况，按实际调查确定；按实际调查确定； V水流速度（水流速度（m/s）；）； T撞击时间（撞击时间（s），应根据实际资料估计，在无实），应根据实际资

36、料估计，在无实际资料时，可用际资料时，可用1s； g重力加速度，重力加速度，g=9.81（m/s2）。）。2021/8/2665第三章 水作用第五节第五节 撞击力撞击力 当设有与墩台分开的防撞击的防护结构时，桥墩可不计船当设有与墩台分开的防撞击的防护结构时，桥墩可不计船舶的撞击作用。舶的撞击作用。2021/8/2666第三章 水作用第五节第五节 撞击力撞击力 内河船舶的撞击作用点，假定为计算通航水位线以上内河船舶的撞击作用点，假定为计算通航水位线以上2m的桥墩宽度或长度的中点。海轮船舶撞击作用点需视实的桥墩宽度或长度的中点。海轮船舶撞击作用点需视实际情况而定。漂流物的撞击作用点假定在计算通航水

37、位线际情况而定。漂流物的撞击作用点假定在计算通航水位线上桥墩宽度的中点。上桥墩宽度的中点。2021/8/2667第三章 水作用第六节第六节 浮托力浮托力 当基础或结构物的底面置于地下水位以下，在其底面上当基础或结构物的底面置于地下水位以下，在其底面上作用着自下向上的静水压力（浮托力）。作用着自下向上的静水压力（浮托力）。 如地下水位以下的空载贮液池，浮力可导致结构上移，如地下水位以下的空载贮液池，浮力可导致结构上移，造成底板和顶盖被顶裂，需要进行整体和局部抗浮力验算。造成底板和顶盖被顶裂，需要进行整体和局部抗浮力验算。浮托力作用可按下列原则考虑：浮托力作用可按下列原则考虑：（1）若结构物位于透

38、水性饱和的地基上，如置于粉性土、砂）若结构物位于透水性饱和的地基上，如置于粉性土、砂性土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上，可认为结构性土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上，可认为结构物处于完全浮力状态，按物处于完全浮力状态，按100%计算浮托力。计算浮托力。2021/8/2668第三章 水作用第六节第六节 浮托力浮托力（2）若结构物位于透水性较差地基上，如置于裂隙不发育的）若结构物位于透水性较差地基上，如置于裂隙不发育的岩石地基上，地下水渗入通道不畅，可按岩石地基上，地下水渗入通道不畅，可按50%计算浮托力。计算浮托力。（3）若结构物位于粘性土地基上，其浮托力与土的物理特性）若结构物位于粘性

39、土地基上，其浮托力与土的物理特性相关，应结合地区实际经验确定。相关，应结合地区实际经验确定。（4）地下水不仅对结构物基础产生浮托力，也对地下水位以）地下水不仅对结构物基础产生浮托力，也对地下水位以下岩石、土体产生浮托力，在确定地基承载力设计值时，下岩石、土体产生浮托力，在确定地基承载力设计值时，地下水位以下土的重度一律取有效重度。地下水位以下土的重度一律取有效重度。（5）当地下水位在基底标高上下范围内涨落时，浮托力的变）当地下水位在基底标高上下范围内涨落时，浮托力的变化有可能引起基础产生不均匀沉降，应考虑地下水位季节化有可能引起基础产生不均匀沉降，应考虑地下水位季节性涨落对基础的影响。性涨落对基础的影响。2021/8/2669部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！