船行波對涉水建筑物的作用研究綜述

陳偉

(重慶交通大學(xué)河海學(xué)院,重慶 400074)

1 緒論

船行波對結(jié)構(gòu)的作用也屬于波浪對結(jié)構(gòu)物作用的一種[1]。近年來對波浪對結(jié)構(gòu)的研究有了不少研究成果，主要分為兩類：一種是江河、海洋波浪對橋梁、河岸、港口等建筑物的作用的數(shù)值計(jì)算與分析；一種是船行波對水中立直圓柱、垂直壁面、護(hù)坡等水工建筑物做了一定的理論分析和數(shù)值計(jì)算。本文主要從對船行波研究現(xiàn)狀做了歸納總結(jié)，闡述了船行波對結(jié)構(gòu)物的動力作用效應(yīng)。同時分析了船行波影響與結(jié)構(gòu)相互作用的相關(guān)因素，以及對以后工作研究的提供一定的參考。

2 船行波影響涉水建筑安全的主要因素

2.1 船速的影響

對于線性和非線性波浪，波長和波高是波浪的主要參數(shù)，波浪對涉水建筑物的結(jié)構(gòu)作用很大程度上取決于波高和波浪力的大小[2]。不論是傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式還是大量學(xué)者探討的波高理論計(jì)算公式，結(jié)果表明船舶的航行速度直接影響船行波的波長和波高的大小[3]。

波高和波長變大，其對波浪力在涉水建筑物深度上的分布成一定的規(guī)律性，總是在接觸面某一高度處達(dá)到峰值，且延兩邊逐漸減小[4]。當(dāng)波長和波高變大后，波浪力在涉水建筑表面延深度上的影響范圍也增大。

2.2 船與結(jié)構(gòu)物間的距離

船行波在向涉水建筑物的船舶過程中由于波的勢能逐漸減小，船與結(jié)構(gòu)物間距直接影響波浪力和波的爬高。

隨著船行波傳播距離的增加，波浪逐漸以扇面波的型式向外擴(kuò)散，波浪的勢能也逐漸分散和消耗，同時波高也逐漸減小。隨著船與結(jié)構(gòu)物的間的距離的增大，結(jié)構(gòu)所受的波浪力最大幅值曲線呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢[5]。

當(dāng)船與結(jié)構(gòu)物的間距改變時，求得的結(jié)構(gòu)物所受波浪力及波浪位移的最大幅值建立曲線圖。通過分析得出由波浪能量的耗散特性，結(jié)構(gòu)物所受波浪力和波浪的位移隨船體與結(jié)構(gòu)物之間距離的增大逐漸減小[6]。

2.3 船型的影響

當(dāng)船長L增加時，船行波會呈現(xiàn)出峰谷現(xiàn)象，且結(jié)構(gòu)所受的波浪力值曲線也有相同的趨勢。隨船寬B的增加，波浪力最大幅值而增大。當(dāng)船寬與船長比較小時，船行波的勢能隨船寬增加而增大，波浪力最大幅值也隨船寬增加而增大[6]。

隨船舶吃水的增大，結(jié)構(gòu)物所受波浪力和其運(yùn)動位移最大幅值隨之逐漸增大。且當(dāng)吃水達(dá)到某一值時，結(jié)構(gòu)物所受波浪力和其運(yùn)動位移將不再增大而趨于某一恒定值[7]。

3 結(jié)語

船行波對結(jié)構(gòu)物的作用屬于波浪對結(jié)構(gòu)物的一種，影響船型波的因素較多，因此不同的因素的改變對結(jié)構(gòu)物的作用也隨之改變。筆者總結(jié)了影響船行波的船速、船與結(jié)構(gòu)物間距、船型三個因素對船行波與結(jié)構(gòu)物作用的影響。當(dāng)船速增大時，波浪力和波高最大值曲線出現(xiàn)波峰和波谷，總體趨勢不斷增大。波浪力和位移最大幅值隨船舶與結(jié)構(gòu)物的間距的增大而逐漸減小，隨船舶吃水的增大而逐漸增大直至趨于一恒定值。目前對船行波對結(jié)構(gòu)的作用力的研究已經(jīng)較為多，但涉水建筑不經(jīng)單一的收到船行波的影響，同時還受到水流作用，因此分析將兩者結(jié)合起來對涉水建筑結(jié)構(gòu)的作用有待探討和研究，更有利于對涉水建筑物的安全最近有效的防護(hù)措施。