近海工程风浪荷载的中美日规范比较及取值方法探讨

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:corbet2003
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在近海工程的设计中,风荷载和波浪荷载是最为重要的外部荷载。因此,对风荷载和波浪荷载的准确认识十分重要。随着我国经济的发展,众多企业进军海外市场,中外荷载规范取值的差异以及这些差别所带来的实际影响备受关注。在我国执行“一带一路”战略之际,将中外主要国家的荷载规范进行比较研究,以发现其中异同,对于做好工程设计和我国规范的修订改进,都有着重要意义。为此,本文开展了以下研究工作:(1)对中国《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)、美国荷载规范(ASCE7-10)和日本荷载规范(AIJ2004)中风荷载章节进行了介绍,并对基本风速、体型系数、风压高度变化系数、地形因子和顺风向风振系数以及顺风向风荷载公式分别进行了比较。认为中国规范风荷载取值比美日规范偏小,在结构的底部差别最为明显。主要原因在于各国规范在考虑顺风向风荷载时,基本风速和风振系数的计算方法差异较大。(2)通过设置推算波浪力所用的波浪要素,比较了中国《海港水文规范》(JTJ213-2013)、美国《海岸工程手册》(CEM)和日本《港口设施技术标准》中波浪力计算公式在立波、远破波和近破波阶段,墙前水平波浪力随波高、波陡、水深和基床高度的变化规律,并比较了计算结果的差异。分析结果表明立波阶段日本规范波浪荷载明显偏大;远破波阶段中国规范波浪力在海底坡陡较陡时,计算结果较大;近破波阶段中国规范波浪力略小,主要是中国规范的设计波浪要素相对偏低的原因。(3)探讨了浪荷载分项系数的取值方法,分别采用《海港水文规范》公式和合田波压公式进行了计算,并结合美日规范中的相关规定,对不同波浪形态下的计算结果进行了分析。分析结果表明不同波浪形态计算得到的浪荷载分项系数差别较大,破波阶段明显大于立波阶段,规范中使用单一的浪荷载分项系数存在高估立波阶段波浪力、低估破波阶段波浪力的可能。引入波高分项系数取代浪荷载分项系数,或许是一种值得推行的办法。(4)结合广东沿海地区在强风浪作用下失稳的某钢板桩围堰工程实例,采用有限元法对工程施工期和使用期的稳定性进行了分析,从工程的安全角度出发,探讨了波浪荷载合理选取的方法。认为对于损毁危害后果较为严重,施工期较长的工程,由于中国规范的设计波浪力相对偏小,在设计中应参考日本规范浪荷载的计算结果,作为工程整体稳定性验算的设计输入。由于日本规范的最大波压强相对偏小,在设计中应采纳中国规范公式的计算结果进行构筑物局部结构强度的设计输入。
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