《波浪模型试验规程》(JTJ∕T234-2001).pdf
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1、J TJ中华人民共和国行业标准I T J/T 2 3 4-2 0 0 1波浪模型试验规程W a v e M o d e l T e s t R e g u la t i o n2 0 0 1 一1 2 一 2 5 发布2 0 0 2 一 0 5 一 0 1 实施中华人民共和国交通部发布中华人民共和国行业标准波浪模型试验规程MI T 2 3 4-2 0 0 1主编单位:南京水利科学研究院批准部门:中华人民共和国交通部施行日期二 2 0 0 2 年 5 月 1日关于发布 波浪模型试验规程 (J T J/T 2 3 4-2 0 0 1)的通知交水发 2 0 0 1)7 7 3 号各省、自治区、直辖市
2、交通厅(局、委),长江、珠江航务管理局及有关企事业单位:由我部组织南京水利科学研究院等单位修订的 波浪模型试验规程,已经审查通过,现批准为推荐性行业标准,编号为J T J/T 2 3 4-2 0 0 1,自2 0 0 2 年 5月 1日起施行。(波浪模型试验规程(J T J 3 0 1-8 8)(试行)同时废止。本规程由交通部水运司负责管理和解释,由人民交通出版社出版发行中华人民共和国交通部-oo 一 年十二月二十 五日修 订 说 明 本规程是在 波浪模型试验规程(J T J 3 0 1-8 8)(试行)的 基础上编制而成。主要包括:波浪模型试验的基本规定、整体和断面物理模型试验、桩基和墩柱建
3、筑物及水下管线物理模型试验、浮式建筑物物理模型试验、波浪泥沙物理模型试验和波浪数值模拟等技术内容。本规程主编单位为南京水利科学研究院,参加单位为大连理工大学和天津港湾工程研究所。波浪模型试验规程(J r J 3 0 1-8 8)(试行)自1 9 8 8 年实施以来,对统一波浪模型试验技术要求和分析方法发挥 了 积极的作用。随着我国海岸及港口工程建设的迅速发展,以及模型试验技术的进步,对波浪模型试验提出了一些新的要求,波浪模型试验规程(J T J 3 0 1-8 8)(试 行)的内 容在深度和广度上已与当前的形势不相适应。为统一和规范波浪模型试验新的技术要求,促进研究质量的提高,需要 对 波浪模
4、型试验规程(J T J 3 0 1-8 8)(试行)进行补充和修订。为此,交通部水运司组织南京水利科学研究院等单位在进行大量地调查研究、总结近 1 0 余年来国内外波浪模型试验技术的实践经验、广泛征求有关单位和专家意见的基础上,对 波浪模型试验规程(J T J 3 0 1-8 8)(试行)进行了修订。本规程共分9 章 3 1 节及 7 个附录,并附条文说明。本规程编写人员分工如下:总则:左其华 杨正己术语:杨正己贺辉华王鉴义波浪物理模型试验的基本规定:杨正己张馥桂刘子琪整体物理模型试验:张馥桂杨正己俞幸修陈国平左其华黄海龙 】5 I A 坡式和直墙式建筑物断面物理模型试验:刘子琪杨宪章 6 桩
5、基和墩柱建筑物及水下管线物理模型试验:俞幸修 7 浮式建筑物物理模型试验:王凤龙 8 波浪泥沙物理模型试验:杨正己 9 波浪数值模拟:左其华 潘军宁 王红川 丁 炳灿 附录A、附录B:陈国平潘军宁 附录 C:潘军宁王红川丁炳灿 附录 D:刘子琪杨宪章 附录 E、附录 F:左其华潘军宁王红川丁炳灿 附录 G:黄海龙 附加 说明:杨正己 本规程于2 0 0 1 年 7 月 2 0日通过部审,于 2 0 0 1 年 1 2 月 2 5日发布,2 0 0 2 年5月 1 日起实施。本规程由交通部水运司负责管理和解释。请有关单位在使用本规程过程中,将发现的问题和意见及时函告交通部水运司和本规程管理组,以
6、便修订时参考。目次1 总则 12 术语 ,23 波浪物理模型试验的基本规定 ,5 3.1 一般规定 ,5 3.2 相似准则 ,6 3.3波 浪 与 水 流 模 拟 ,二9 3.4 试验设备和测量仪器 1 1 3.5 试验数据采集和处理 1 24 整 体物理 模型试验 1 6 4.1 一般规定 1 6 4.2 边界条件模拟 ,1 6 4.3 波浪传播与变形模型试验 1 7 4.4 港内水域平稳度模型试验 1 7 4.5 船 行波 模型试验 ,1 85 斜坡式和直墙式建筑物断面物理模型试验 1 9 5.1 一般规定 1 9 5.2 斜坡式建筑物断面模型试验 2 0 5.3 宽肩台式抛石防波堤断面模
7、型试验 2 1 5.4 直墙式建筑物断面模型试验 2 2 5.5 越浪量和波浪爬高试验 ,2 36 桩基和墩柱建筑物及水下管线物理模型试验 2 4 6.1 一般规定 2 4 6.2 桩基和墩柱建筑物模型试验 ,2 4 6.3 带梁板透空建筑物模型试验 2 6 6.4水 下 管线 模 型试 验,。2 6,浮式建筑物物理模型试验,2 7 7.1 一般规定 ,2 7 7.2 浮式防波堤模型试验 ,2 7 7.3 系泊船舶运动量、撞击力和系缆力模型试验 ,2 88 波浪泥沙物理模型试验、,1 ,3 0 8.1 一般规定 .3 0 8.2 沿岸输沙的波浪泥沙模型试验 ,3 0 8.3 岸滩横剖面的波浪泥
8、沙模型试验 ,3 1 8.4 建筑物附近底床局部冲刷模型试验 3 3,波浪数值模拟 3 5 9.1 一般规定 ,。3 5 9.2 风浪数值 模拟 ,3 5 9.3 开敞水域波浪传播数值模拟 ,3 6 9.4 港内水域波浪传播数值模拟 ,“,一3 7 9.5 波浪 力数值模拟 ,。,3 7附 录A 不规则波试验数据统 计分析 一 3 9附录B 随机数据时间 序列的 谱分析 4 3附录G 随机数 据时 间序列的互谱分析 ,4 7附录 D 单向波合成多向波模型试验 5 1附录 E 波浪折射数学模型 ,5 3附录F H e h n h o l tz 方程边界元法 ,5 7附录 G 本规程用词用语说明
9、,、6 1附加 说明 本规程主编单位、参加单位、主 要起草人、总校人员和管理人员名 单 ,6 2附 条文说明 .6 51 总则1.0.1 为统一波浪模型 试验技术要求和分析方法,提高研究成果的可靠性,为 水运工程建设提供科学依据,制 定本规程。1.0.2 本 规程适用于海岸、近海和内陆水域等水运工 程的波浪、波浪与水流,及其与建筑物、岸 滩等 相互作用的 物理模型试验和 数值模拟试验。1.0.3 波 浪模型 试验除 应符合本规程外,尚 应符合国 家现行有关标准的规定。2 术语2.0.1 波浪模型 模拟波浪为主要动力因素及其与建筑物、岸滩等相互作用的模型,包括物理模型和数值模拟两 种方法。2.0
10、.2 物理模型 将研究对象按一定的相似准则缩制而成的实体模型。2.0.3 数值模拟 针对研究对象和需要解决的问题,采用合适的数学物理方程,按定解条件进行数值求解的方法。2.0.4 模型比尺 原型与模型各对应物理量间的比值。2.0.5 正态模型 水平长度比尺与垂 直长度比 尺相等的模型。2.0.6 变态模型 水平长度比尺与垂直长度比尺不相等的模型。2.0.7 模型的 变率 模型水平长度比尺和垂直长度比尺的比值。2.0.5 几何相似 模型与原型的线性尺度之间成固定比 例关系。2.0.,运动相似 模型与原型各相应的速度、加速度的比值相等,且方向相同2.0.1 0 重力相似 模型与原型的惯性力和重力在
11、相应方向上的分量比值相等。2.0.1 1 弹性相似 模型与原型的惯性力和弹性力在相应方向上的分量比值相 2等。2.0.1 2 相似准则 模型与原型的物理现象保持相似所必须遵守的规则。2.0.1 3 规则波 波高、波周期不变的波浪。2.0.1 4 不规 则波 波高、波周期随机变化的波浪。2.0.1 5 单向 不规则波 单一方向 传播的 不规则波,又称二维 不规则波。2.0.1 6 多向 不规则波 多方向传播的不规则波,又称三维不规则波。2.0.1 7 频率谱 波浪能量随频率变化的分布。2.0.1 8 方向 谱 波浪能量随频率和方向变化的分布。2.0.1 9 方向 分布函 数 表征波能沿方向分布规
12、律的函数。2.0.2 0 谱峰频率 频率谱密度峰值相对应的频率。2.0.2 1 波能 波动水体所具有的动能和势能。2.0.2 2 波面 波动水体的自由表面。2.0.2 3 波峰线 垂直于波浪传播方向相邻的波峰顶点的连线2.0.2 4 造波机二次反射 来自模型建筑物及试验水槽或水池壁的反射波传至造波机后再次发生的反射。2.0.2 5 波群 波列中大于某一波高的若干连续出现的波浪。32.0.2 6 比波高 测点波高与原始人射波高或指定控制点波高的比值。2.0.2 7 沿岸输沙 在波浪和水流作用下形成的沿岸方向的泥沙输移。2.0.2 8 岸滩横剖面 与岸线垂直的岸滩剖面。2.0.2 9 验证试验 为
13、检验和校正模型与原型相似程度的试验2.0.3 0 线性波 流体动力学方程和边界条件中只保留线性项所描述的波浪。2.0.3 1 非线性波 流体动力学方程和边界条件中,除线性项外,尚 保留 二阶或高阶项所描述的波浪2.0.3 2 边界条件 物理模型 试验和 数值模拟中 边界上的控制条件。2.0.3 3 初始条件 数值模拟中起始时的控制条件3 波浪物理模型试验的基本规定 3.1 一 般 规 定3.1.1 波浪模型试验应根据工程规划和设计要求选用物理模型试验或数值模拟试验。必要时,应同时进行物理模型试验和数值模拟试验。3.1.2 波浪模型试验中所研究的问题能简化为二维时,可采用断面模型;当研究的问题不
14、能简化为二维时,应采用整体模型。3.1.3 波浪模型试验前,应根据试验任务的要求编制试验大纲。试验大纲应包括下列内容:(1)试验依据和遵守的技术 标准;(2)项目概况,试验目的、内容和要求;(3)试验依据的基本资料,试验方法和实施方案;(4)试验设备和测量仪器;(5)主要试验人员、试验进度计划、预期的目 标和试验结果3.1.4 在物理模型试验前,应 对试验设备和 测量仪器进行校验。3.1.5 试验成果报告应按下列格式编写:(1)封面,包括试验成果的名称、承 担单位、参加单位和 编制日期;(2)扉页,包括法人代表、技术主管、项目 负责人、报告编写人和试验参加人员;(3)摘要,简述试验 目的和方法
15、及试验主要结论;(4)目 次,包括试验成果报告的 章、节名 称和 起始页码;(5)正文;(6)参考文献。53.1.6 试验成果报告的正文应包括下列内容:(1)引言,包括试验的背景、目的 和采取的技术路线等;(2)试验依据的基本资料,包括工程概况、工程布置、建筑物结构、水位、波浪、地形及其它水文、气象、泥沙和地质等资料;(3)试验内容和技术要求;(4)模型 设计或数值模拟方法,包括物理模型的 相似条件、模型比 尺的选择、模型的 布置及试验设备和测量仪器等;数值模拟的基本控制方程、边界条件、求解方法、离散格式和参数的确定;(5)模型制作,包括图 纸资 料、边界和制 作精度;(6)试验结果分析;(7
16、)结语,包括试验主要结果、存在的问题及建议3.1.7 进行验证试验的项目,其试验成果报告的正文应包括验证试验相似性和合理性的内容3.2 相 似 准 则3.2.1 波浪物理模型试验宜采用正态模型。3.2.2 正态模型的长度比 尺应满足下列 要求。3.2.2.1 断面物 理模型长度比 尺应符合表3.2.2 的规定。断面物理模型长度比尺表3.2.28 x lfiMk4.AAAgAtA64一 R,TJKitFLRA,40,-60,80 3.2.2.2 整体物理模型长度比 尺不应大于1 5 0。当有船舶 模型置于其中时,模型长度比尺不应大于 8 0。船行波试验时,模型长度比尺不宜大于3 0 0 3.2.
17、2.3 模型的原始人射波,规则波波高不应小于2 c m,波周期不应小于0.5 s;不规则波有效波高不应小于g e m,谱 峰值周期不应小于0.8 s 0 63.2.3 模型设计应根据波浪等动力因素及其与建筑物、岸滩等相互作用的特点,采用不同的相似准则,并应符合下列规定。3.2.3.1 波浪、波浪与水流及其与建筑物、岸滩等相互作用的模型设计,应满足重力相似,其比尺按下列公式确定:(3.2.3-1)二呱 A二 A 1/2 (3.2.3-2)d f=d-2 (3.2.3-3)A=A 1/2 (3.2.3-4)A,=l (3 夕.3-5)A F=A 3 (3.2.3-6)A Q=A 5/2 (3.2.
18、3-7)A y=2 3 rz (3.2.3 一 8)A F=l 0 (3.2.3-9)式中A 模型长度比尺;1,原 型 长 度;1 m 模型长度;久,时间比 尺;又 一频率比尺;A u 速度比尺;1 r 压 强 比 尺;标 力比尺;几 Q 流量比尺;A q 单宽 流 量 比 尺;几 E 能量比尺。3.2.3.2 波浪与 斜坡式、直墙式建筑 物相互作 用的建筑物模型设计,应满足几何相似。与稳定性试验有关的建筑物构件的模型设计,除应满足几何相似外,尚应满足质量、重心位置相似。3.2.3.3 波浪与浮式建筑物相互作用的 建筑物和船舶的 模型设计,除应满足几何相似外,尚应满足惯性矩和 自 摇周期相似,
19、其锚系结构尚应满足长度、质量和弹性相似。3.2.3.4 波浪与 桩基、墩柱建筑 物和 水下管线相互作用的建 筑物及其构件的模型设计,应满足与原型几何相似,当速度力起主要作用时,应分析雷诺数的影响;当桩和水下管线模型刚度较小时,应计人弹性影响。3.2.3.5 波浪作用下系泊船舶对码头撞 击力的护舷模型设计,应满足弹性相似3.2.4 当 整体物理模型的 试验条件受到限制时,可采用变态物理模型。变态物理模型试验应符合下列要求。3.2.4.1 变态整体物理模型 设计,应根据现场资料和试验要求进行分析,满足主要相似条件,合理选择模型比尺,并应对相似条件进行验证。3.2.4.2 变态整体物理模型 应按重力
20、相似设计,模型的变率应根据不同条件及要求选取,但不应大于S o 3.2.4.3 变态整体物理模型设计应满足下列要求:(1)以波浪折射为主时,波长、波周期和时间比尺按下列公式确定:2 I二A ll (3.2.4-1)A T 二A 1 rzh=A L z (3.2.4-2)A,二A T (3.2.4-3)式中 A L-一波长比 尺;A h 模型垂直长度比尺;A 一波周期比尺;x,时间比尺。(2)以 波浪绕射为主时,波长、波周期和时间比 尺按下列公式确定:A=l,(3.2.4-4)A L1(.nh z=h)(3.2.4-5)又 1二久 T式中 A L -波长比尺;J,模型水平长 度比 尺;又 T 波
21、周期比 尺;(3.2.4-6)权 t赫 L)一 h-原 型 与 模 型 的、2 7c h/,之 It;水深;L-波长;几 t时间比尺。(3)研究波浪反射时,建筑物模型和边界的反射系数与原型一3.3 波浪与水流模拟3.3.1 波浪和水流的模拟应满足重力 相似准则。3.3.2 波浪模型试验宜 模拟 单向不规 则波。必要时,应模拟多向不规则波。单向不规则波和多向不规则波的模拟应满足下列要求。3.3.2.1 单向和多向不规则波宜模拟工程水域的实测波谱。无实测波谱时,可采用现行行业标准 海港水文规范(J T J 2 1 3)中规定的波谱或其它合适的波谱。必要时,应模拟波列及波群。3.3.2.2 单向 不
22、规则波模拟的 允许偏差应满足下列 要求:(1)波能谱总能量的允许偏差为-1 0%;(2)峰频模拟值的允许偏差为士 5%;(3)在谱密度大于或等于0.5 倍谱密度峰值的范围内,谱密度分布的允许偏差为士 巧%;(4)有效波高、有效波周期或谱峰周期的允许偏差为士 5%;(5)模拟的波列中 1%累积频率波高、有效波高与平均波高比 9值的 允许偏差为引5%,3.3.2.3 多向 不规则波宜按频率、方向对应法模拟波面,并按下列公式进行模拟:ri(x,式 中y,t)=M la m i c o s w m i t 一k m;(x c o s 0;+y s i n 0;)+E m i la m i=丫2 S(w
23、 m,B,)d w 4 B田。=田;小 一 告)、(3.3.2-1)(3.3.2-2)(3.3.2-3)w H 一 田 T0=B m m M、一 冬):。、艺 1(3.3.2-4)(3.3.2-5)(3.3.2-6)w m i=w m 一 告 4 w (i 一1+R m;)4 w I(3.3.2-7)杯x,y 幼 波动水面相对于静水面的瞬时高 度(m);x,y,分别为波动水面的水平位置(m)和时间(s);M 频域分割数,通常取 5 0-1 0 0;I 方向等分数,通常取 2 0;a m;.一第 m个频率、第 i 个方向的组成波振幅 (m);w m i,k,m 第m个 频率、第 i 个方向的组成
24、波圆频率 (m d/s)和波数(m d/m);0 i 第 个组成波的 方向角(r a d);E m i 第m个频率、第i 个方向的 组成波初相位,在(0,2 动域内均布的随机数(r a d);S(a i-a i)圆频率为。、方向为 9;的方向谱密度 时/(H z r a d)I;么。圆频率分割点I H J IR(r a d/s);4 B 方向等分点间隔(m d);W H,W L 分别为频谱的最高、最低圆 频率(r a d/s);B m a c+B m m 分别为方向谱的最大、最小方向角(r a d);R m,第i s 个频率、第 i 个方向的组成波在(0,1)域内均布的随机数。3.3.3 当波
25、 浪模型试验采用规则波时,规则波平均波高和波 周期的允许偏差应为士 5%。3.3.4 水流的模拟应包括流速和流向的模拟 水流平均流速的允许偏差应为士 5%。模型区的水流应保持平稳,流向应与原型一致。3.3.5 波浪和水流共同 作用时,波浪和水流应采用同 一比尺,并应符合下列规定。3.3.5.1 试验基 本资料分 别给出波浪和 水流要素时,应在试验水槽或水池放置建筑物模型前,在研究区域先模拟水流的流速和流向,再模拟无流时的波浪,并进行合成。3.3.5.2 试 验基 本资 料给出 波浪和 水流合成要素时,可先进行波、流分离,再模拟要求的水流和波浪3.4试验设备和测量仪器3.4.1 波很模型试 验水
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