内容发布更新时间 : 2024/12/23 7:18:45星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

不平衡雪荷载。风对积雪的漂移影响可通过屋面积雪分布系数加以考虑。

3 水 作 用

3.1 静水压强具有哪些特征？如何确定静水压强？

静水压力是指静止液体对其接触面产生的压力，具有两个特性：一是静水压强垂直于作用面，并指向作用面内部；二是静止液体中任一点处各方向的静水压强均相等，与作用的方位无关。

确定静水压强时常以大气压强为基准点，静水压强与水深呈线性关系，随水深按比例增加；水压力作用在结构物表面法线方向，水压力分布与受压面形状有关。如果受压面为垂直平面，已知底部深度h，则可按p??h求得底部压强，再作顶部和底部压强连线便可得到挡水结构侧向压强分布规律。

3.2 试述等速平面流场中，流体受阻时边界层分离现象及绕流阻力的产生？

某一流速为v的等速平面流场，流线是一互相平行的水平线，在该流场中放置一个固定的圆柱体(桥墩)，流线在接近圆柱体时流动受阻，在到达圆柱体表面a点时，该流线流速减至为零，压强增到最大。继续流来的流体质点在a点较高压强作用下，沿圆柱面两侧向前流动，即从a点开始形成边界层内流动。在圆柱面a点到b点区间，边界层内流动处于加速减压状态。过了b点流线扩散，边界层内流动呈现相反态势，处于减速加压状态，继续流来的流体质点脱离边界向前流动，出现边界层分离现象。

置于河流中的桥墩边界层分离现象，还会导致桥墩绕流阻力，绕流阻力是结构物在流场中受到流动方向上的流体阻力，绕流阻力由摩擦阻力和压强阻力两部分组成。

边界层分离

3.3 实际工程中为什么常将桥墩、闸墩设计成流线型？

在实际工程中，为减小绕流阻力，常将桥墩、闸墩设计成流线型，以缩小边界层分离区，达到降低阻力的目的。

3.4 试述波浪传播特征及推进过程？

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，其中风成波影响最大。在海洋深水区，波浪运动不受海底摩阻力影响，称为深水推进波；波浪推进到浅水地带，海底对波浪运动产生摩阻力，波长和波速缩减，波高和波陡增加，称浅水推进波；当浅水波向海岸推进，达到临界水深，波峰发生破碎，破碎后的波重新组成新的水流向前推移，而底层出现回流，这种波浪称为击岸波；击岸波冲击岸滩，对海边水工建筑施加冲击作用，即为波浪荷载。

3.5 如何对直立式防波堤进行立波波压力、远破波波压力和近破波波压力的计算？

波浪作用力不仅与波浪本身特征有关，还与结构物形式和海底坡度有关。对于作用于直墙式构筑物上的波浪分为立波、远堤破碎波和近堤破碎波三种波态。在工程设计时，应根据基床类型、水底坡度、浪高及水深判别波态，分别采用不同公式计算波浪作用力。我国《港工规范》分别给出了立波波压力、远破波波压力和近破波波压力计算方法，先求得直墙各转折点压强，将其用直线连接，得到直墙压强分布，即可求出波浪压力，计算时尚应考虑墙底波浪浮托力。

3.6 冰压力有哪些类型？

冰压力按其作用性质不同，可分为静冰压力和动冰压力。静冰压力包括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以及冰覆盖层受温度影响膨胀时产生的静压力；另外冰层因水位上升还会产生竖向作用力。动冰压力主要指河流流冰产生的冲击作用。

3.7 冰堆整体推移静压力计算公式是如何导出的？

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，考虑冰层面积来计算：

P??[(P1?P2?P3)sin??P4sin?] (3.31) 式中：P——作用于结构物的正压力（N）；

Ω——浮冰冰层面积(m2),一般采用历史上最大值；

P1——水流对冰层下表面的摩阻力（Pa），可取为0.5vs，vs为冰层下的流速(m/s); P2——水流对浮冰边缘的作用力(Pa)，可取为502h2vs，h为冰厚(m)，l为冰层沿水流方向的平均l长度(m)，在河中不得大于两倍河宽；

P3——由于水面坡降对冰层产生的作用力(Pa)，等于920hi，i为水面坡降；

P4——风对冰层上表面的摩阻力(Pa)，P4=(0.001~0.002)VF，VF为风速,采用历史上有冰时期和水流

方向基本一致的最大风速(m/s)；

?——结构物迎冰面与冰流方向间的水平夹角；

?——结构物迎冰面与风向间的水平夹角。

3.8 冰盖层受到温度影响产生的静压力与哪些因素有关？

冰盖层温度上升时产生膨胀，若冰的自由膨胀变形受到坝体、桥墩等结构物的约束，则在冰盖层引起膨胀作用力。冰场膨胀压力随结构物与冰覆盖层支承体之间的距离大小而变化，当冰场膨胀受到桥墩等结构物的约束时，则在桥墩周围出现最大冰压力，并随着离桥墩的距离加大而逐渐减弱。

冰的膨胀压力与冰面温度、升温速率和冰盖厚度有关，冰压力沿冰厚方向基本上呈上大下小的倒三角形分布，可认为冰压力的合力作用点在冰面以下1/3冰厚处。

3.9 如何根据能量原理导出船只撞击力近似计算公式？

在通行较大的吨位的船只或有漂流物的河流中，需考虑船只或漂流物对桥梁墩台的撞击力，撞击力可根据能量相等原则采用一个等效静力荷载表示撞击作用。《公路桥规》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F的近似计算公式。 设船只或排筏的质量为m，驶近墩台的速度为v，撞击时船只或排筏的纵轴线与墩台面的夹角为?如图所示，其动能为：

1211mv?m(vsin?)2?m(vcos?)2 (1) 2221m(vsin?)2 (2) 2假定船只或排筏可以顺墩台面自由滑动，则船只或排筏给予墩台的动能仅有前一项，即： E0?在碰撞瞬间，船身以一角速度绕撞击点A旋转，其动能为：

E?E0? (3)

?是船只在碰撞过程中，由于船体结构、防撞设备、墩台等的变形吸收一部分能量而考虑的折减系数，

按下式计算：

??1 (4) 2d1?()R式中 R——水平面上船只对其质心G的回转半径（m）；

d——质心G与撞击点A在平行墩台面方向的距离（m）。

撞击时受力图

在碰撞过程中，通过船只把传递给墩台的有效动能E全部转化为碰撞力F所作的静力功，即在碰撞过程中，船只在碰撞点处的速度由v减至零，而碰撞力由零增至F。设撞击点A沿速度v的方向的总变位（墩台或防撞设备、地基、船体结构等的综合弹性变形）为△，材料弹性变形系数为C（单位力所产生的变形），则有

??FC (5) 根据功的互等定理，有：

1F2 E?F??C (6)

22由式（2）、（3）和（4），可得

W(vsin?)2F2?C ? （7）

2g2 F??W(vsin?)2gC （8）

令?2??及m?W 代入上式，得： gm （9） c F??vsin?式中 F——船只或排筏撞击力（kN）； ?——动能折减系数；

v——船只或排筏撞击墩台速度（m/s）；

?——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（t）； W——船只或排筏重力（kN）

C——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0.0005，

横桥轴方向取0.0003。

3.10 试述浮托力产生的原因及考虑的方法？

水浮力为作用于建筑物基底面的由下向上的水压力，当基础或结构物的底面置于地下水位以下，在其底面产生浮托力，浮托力等于建筑物排开同体积的水重力。地表水或地下水通过土体孔隙的自由水沟通并传递水压力。浮托力的大小取决于土的物理特性，当地下水能够通过土的孔隙溶入到结构基底，且固体颗粒与结构基底之间接触面很小时，可以认为土中结构物处于完全浮力状态。

浮托力作用可根据地基的透水程度，按照结构物丧失的重量等于它所排除的水重这一原则考虑： （1）对于透水性土，应计算水浮力；对于非透水性土，可不考虑水浮力。若结构物位于透水性饱和的地基上，可认为结构物处于完全浮力状态，按100%计算浮托力。

（2）若结构物位于透水性较差地基上，如置于节理裂隙不发育的岩石地基上，地下水渗入通道不畅，可按50%计算浮托力。

（3）若结构物位于粘性土地基上，土的透水性质难以预测，对于难以确定是否具有透水性质的土，计算基底应力时，不计浮力，计算稳定时，计入浮力。对于计算水浮力的水位，计算基底应力用低水位，计算稳定用设计水位。

（4）地下水也对地下水位以下岩石、土体产生浮托力，基础底面以下土的天然重度或是基础底面以上土的加权平均重度应取有效重度。

（5）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性涨落的影响。

4 风 荷 载

4.1. 基本风压是如何定义的？影响风压的主要因素有哪些？

基本风压是在规定的标准条件下得到的，基本风压值是在空旷平坦的地面上，离地面10m高，重现期为50年的10min平均最大风速。

影响风压的主要因素有：

（1）风速随高度而变化，离地表越近，摩擦力越大，因而风速越小。 （2）与地貌粗糙程度有关，地面粗糙程度高，风能消耗多、风速则低。 （3）与风速时距风有关，常取某一规定时间内的平均风速作为计算标准。

（4）与最大风速重现期有关，风有着它的自然周期，一般取年最大风速记录值为统计样本，对于一般结构，重现期为50年；对于高层建筑、高耸结构及对风荷载比较敏感的结构，重现期应适当提高。

当实测风速高度、时距、重现期不符合标准条件时可进行基本风压换算。

4.2. 试述风速和风压之间的关系？

风速和风压之间的关系可由流体力学中的伯努利方程得到，自由气流的风速产生的单位面积上的风压力为：

w?式中 w——单位面积上的风压力（kN/m2）

12?2?v?v 22g?——空气密度（t/m3）

?——空气单位体积重力（kN/m3）

g—— 重力加速度（m/s2）

v—— 风速（m/s）

在标准大气压情况下，?= 0.012018kN/m3，g =9.80m/s2，可得：

0.0120182v2v?v?(kN/m2) w?2g2?9.801630?2在不同的地理位置，大气条件是不同的，?和g值也不相同。通常取为：

v2(kN/m2) w?1600

4.3. 山区及海洋风速各有什么特点？应当如何考虑？

山区地势起伏多变，对风速影响较为显著，山区风速有如下特点：山间盆地、谷地等闭塞地形，由于四周高山对风的屏障作用，一般比空旷平坦地面风速减小10~25%，相应风压要减小20~40%。谷口、山口等开敞地形，当风向与谷口或山口趋于一致时，气流由开敞区流入两边为高山的狭窄区，流区压缩，风速必然增大；风速比一般空旷平坦地面增大10~20%。山顶、山坡等弧尖地形，由于风速随高度增加和气流越过山峰时的抬升作用，山顶和山坡的风速比山麓要大。对于山区的建筑物可根据不同地形条件给出风荷载地形修正系数，在一般情况下，山区的基本风压可按相邻平坦地区基本风压乘修正系数后采用。

风对海面的摩擦力小于对陆地的摩擦力，所以海上风速比陆地要大。另外，沿海地带存在一定的海陆温差，促使空气对流，使海边风速增大。基于上述原因，远海海面和海岛的基本风压值大于陆地平坦地区的基本风压值，并随海面或海岛距海岸距离的增大而增大。根据沿海陆地与海面、海岛上的同期观测到的风速资料对比，可得不同出海距离下远海海面和海岛基本风压修正系数。

4.4. 试述我国基本风压分布的特点？

我国夏季受太平洋热带气旋影响，形成的台风多在东南沿海登陆；冬季受西伯利亚和蒙古高原冷 空气侵入，冷锋过境常伴有大风出现。全国基本风压值分布呈如下特点：

（1）东南沿海为我国大陆上最大风压区。这一地区面临海洋，正对台风的来向，台风登陆后环流遇山和陆地，摩擦力和阻塞力加大，台风强度很快减弱，风压等值线从沿海向内陆递减很快。

（2）西北、华北和东北地区的北部为我国大陆上风压次大区。这一地区的大风主要由冬季强冷空气入侵造成的，在冷锋过境之处都有大风出现。

（3）青藏高原为风压较大地区，主要是由于海拔高度较高所造成的。这一地区除了冷空气侵袭造成大风外，高空动量下传也能造成大风。

（4）云贵高原和长江中下游地区风压较小，尤其是四川中部、贵州、湘西和鄂西为我国风压最小区域。

（5）台湾是我国风压最大地区，主要受太平洋台风的影响；海南岛主要受南海台风的袭击，故东岸偏南有较大风压；西沙群岛受南海台风的影响，风力较大。

4.5. 什么叫梯度风？什么叫梯度风高度？

在离地表300~500m大气边界层以上的高度，风的流动不受地面粗糙层的影响，风沿着等压线以层流方式自由流动，称为梯度风。梯度风流动的起点高度称为梯度风高度。

4.6. 影响大气边界层以下气流流动的因素有哪些？

地球表面通过地面的摩擦对空气水平运动产生阻力，从而使靠近地面的气流速度减慢，该阻力对气流的作用随高度增加而减弱，只有在离地表300~500m以上的高度，风才不受地表粗糙层的影响能够以