武汉大学：《荷载与结构设计方法》课程教学课件（讲稿）03、水作用

3:水作用 在桥梁、港口、堤坝、水闸等工程的设计中，必须要考 虑自然界中的水对结构物所产生的作用力。如桥墩迎水面会 受到流水压力，是坝会受到波浪作用力，桥梁、港口有时会 受到船舶的撞击力。这一类的作用力对于工程设计具有重要 的意义，不可忽视。 §3.1静水压力 水压力：水对结构物产生的力学作用，物理作用。 ◆水对结构物的作用 化学作用一对结构物的腐蚀或侵入 物理作用一 力学作用（结构物表面产生的静水压力和动 水压力)

水压力：水对结构物产生的力学作用，物理作用。  水对结构物的作用 化学作用 — 对结构物的腐蚀或侵入 物理作用 — 力学作用（结构物表面产生的静水压力和动 水压力） 3：水作用 在桥梁、港口、堤坝、水闸等工程的设计中，必须要考 虑自然界中的水对结构物所产生的作用力。如桥墩迎水面会 受到流水压力，堤坝会受到波浪作用力，桥梁、港口有时会 受到船舶的撞击力。这一类的作用力对于工程设计具有重要 的意义，不可忽视。 §3.1 静水压力

水对结构物的力学作用表现在对结构物表面产生的 静水压力和动水压力。 静水压力：静止的液体对其接触表面产生的压力，对结 构物有软化作用，侧面压力可导致结构物作用在物体表 面上的水的重量。 动水压力：地下水在松散介质的孔隙中流动，土粒与水 流相互包围。由于水流流线间及水流与土粒间的摩擦阻 力作用而产生一定的水头损失，水头降低，也称渗透力

水对结构物的力学作用表现在对结构物表面产生的 静水压力和动水压力。 静水压力：静止的液体对其接触表面产生的压力，对结 构物有软化作用，侧面压力可导致结构物作用在物体表 面上的水的重量。 动水压力：地下水在松散介质的孔隙中流动，土粒与水 流相互包围。由于水流流线间及水流与土粒间的摩擦阻 力作用而产生一定的水头损失，水头降低，也称渗透力

》水压力总是作用于结构物表面的法线方向 水压力在结构物表面上的压强分布跟受压面的形状有关， 大小是水深的函数。 静水面 A H 77717 ki7777 ha7 yh 7777777777 其中(a)、(b)、(c)受压面为平面，(d)受压面为曲面 当液面上作用有附加压强P时：PA=Po+h

 水压力总是作用于结构物表面的法线方向 水压力在结构物表面上的压强分布跟受压面的形状有关， 大小是水深的函数。 当液面上作用有附加压强P0时： PA P hA = + γ 0

§3.2流水压力 水流过结构物表面时产生的正压力、切压力。 正压力：由于水的重量引起的，当水流过结构物时，受建 筑物的阻挡，水流过的方向发生改变。 切应力：水流方向一致，在高速流时才体现出来

水流过结构物表面时产生的正压力、切压力。 正压力：由于水的重量引起的，当水流过结构物时，受建 筑物的阻挡，水流过的方向发生改变。 切应力：水流方向一致，在高速流时才体现出来。 §3.2 流水压力

作用于港口工程结构带上流水压力计算 E=Cn号2A 2 式中，F-水流力标准值，kN: Cw-水流阻力系数，参见规范； p-水的密度，淡水取1.0t/m3,海水取1.025t/m3； w-水的设计流速，ms。 A-计算构件在与流向垂直平面上的投影面积，m。 水流力的作用方向与水流方向一致，合力作用点位置可 按规定采用。 (1)上部构件：位于阻水面积形心处。 (2)顶面在水面以下时，位于顶面以下13高度处；顶面 在水面以上时，位于水面以下13水深处

作用于港口工程结构带上流水压力计算 2 w w 2 F C vA ρ = w w 3 3 2 , kN /m , /m ; m/s F C A ρ υ − − − − − − − − − − 式中 水流力标准值， ; 水流阻力系数，参见规范； 水的密度，淡水取1.0t 海水取1.025t 水的设计流速， 。 计算构件在与流向垂直平面上的投影面积，m 。 水流力的作用方向与水流方向一致，合力作用点位置可 按规定采用。 （1）上部构件：位于阻水面积形心处。 （2）顶面在水面以下时，位于顶面以下1/3高度处；顶面 在水面以上时，位于水面以下1/3水深处

作用于桥墩上的流水压力计算 B=太4沙2 Y一水 28 V-设 A一材 设计水创 8一重 K一 0.3H Fw H 桥墩 →流 桥墩上的流水压力作用点位置示意 假定在设计水位线以下0.3倍水深处

作用于桥墩上的流水压力计算 g V Fw KA 2 2 γ = ⇒ 流水压力合力的作用点： 假定在设计水位线以下0.3倍水深处 γ —水的重力密度( 3 kN m )； A—桥墩阻水面积（ 2 m ），一般算至一般冲刷线处； g —重力加速度，取 2 9.81m s ； K —桥墩形状系数，方形桥墩 K =1.5 矩形桥墩（长边与水流平行） K =1.3 圆形桥墩 K = 0.8 尖端形桥墩 K = 0.7 圆端形桥墩 K = 0.6 V —设计流速，以m s计；

§3.3波浪作用力 3.3.1波浪的概念及分类 波浪：当风持续地作用在水面上时，就会产生波浪。 波浪荷载（压力）：在有波浪时水对结构物产生的附加应力。 波浪的特性：波长、周期x、波高h。 影响波浪特性的因素：风速、风的持续时间k水深H、吹程D。 波顶 计算水位 波峰 波浪中心线 h/2 浪高 h/ 波谷 no 波底 波长 吹程等于岸边到构筑物的直线距离。 计算浪高时按暴风的风速和吹程的最不利组合来确定

§3.3 波浪作用力 3.3.1 波浪的概念及分类 波浪：当风持续地作用在水面上时，就会产生波浪。 波浪荷载（压力）：在有波浪时水对结构物产生的附加应力。 波浪的特性：波长λ、周期τ、波高h。 影响波浪特性的因素：风速ν、风的持续时间t、水深H、吹程D。 吹程等于岸边到构筑物的直线距离。 计算浪高时按暴风的风速和吹程的最不利组合来确定。 波顶 波峰 计算水位 波浪中心线 浪高 波谷 波底 波长 h / 2 h / 2 h h0