專利名稱：一種抵御波吸力的連通式防波堤消浪結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抵御波吸力的連通式防波堤消浪結(jié)構(gòu)，能夠廣泛應(yīng)用于水深大、波浪作用強(qiáng)的防波堤設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
防波堤，建造在開敞海岸、海灣或島嶼的港口，一種常見的海岸工程結(jié)構(gòu)型式，用于防御波浪對海港的侵襲，保證港口具有平穩(wěn)的水域。主要由墻身、上部結(jié)構(gòu)和基床組成。墻身和上部結(jié)構(gòu)承受主要的波浪力，波浪力分為波壓力和波吸力。當(dāng)波峰作用在防波堤上時(shí)為波壓力，波谷作用在防波堤上時(shí)為波吸力。波壓力作用方向指向防波堤，使堤身產(chǎn)生向內(nèi)傾倒的作用，而波吸力的作用方向背離防波堤，對堤身產(chǎn)生向外拉到的力矩。 防波堤設(shè)計(jì)中一般采用波壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)，一些消浪措施也主要是減小波壓力對防波堤的作用，未考慮波吸力的影響。而實(shí)際上，由于建筑物前的波浪要素、堤前水深條件、底坡及基床輪廓尺寸等都是影響堤前波浪形態(tài)的因素，波浪形態(tài)的不同導(dǎo)致波浪作用在防波堤上的作用形式不同，故單純地考慮波壓力的防波堤設(shè)計(jì)與施工工程會(huì)存在很大的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對單純考慮波壓力的防波堤消浪結(jié)構(gòu)的不足，提供一種新型的抵御波吸力的連通式防波堤結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)，不但能降低波壓力對防波堤的不利影響，更能減小波吸力對防波堤的威脅，起到較好的消浪效果。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案
一種抵御波吸力的連通式防波堤消浪結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)組成包括有消浪孔、前消浪空箱、后消浪空箱、消浪葉片、消浪葉片旋轉(zhuǎn)軸、聯(lián)通孔、后消浪室的弧形后壁以及聯(lián)通管，該消浪結(jié)構(gòu)在整體上呈連通器型式。進(jìn)一步地，所述的消浪孔為橢圓形，分兩排均勻排在前消浪空箱前壁上，開孔率為 20% 40% ;該消浪結(jié)構(gòu)整體位于防波堤堤身或胸墻波浪作用的部位，作用在防波堤上的部分波浪通過橢圓形消浪孔進(jìn)入消浪空箱，波浪進(jìn)入過程中，與消浪孔發(fā)生作用，消散部分波浪動(dòng)能，從而減少對防波堤的直接作用，橢圓形消
浪孔能夠達(dá)到很好的消能效果。進(jìn)一步地，所述的前消浪空箱與后消浪空箱是相通的，前后消浪空箱具有相同的縱長和高度，消浪葉片旋轉(zhuǎn)軸固定在消浪空箱兩邊的側(cè)壁上，消浪葉片長度小于一半的消浪空箱高度，從而保證前后消浪空箱的空間連通性。進(jìn)一步地，所述的前消浪空箱和后消浪空箱是相連通的，后消浪空箱的寬度可取為前消浪空箱寬度的一半，或已知防波堤堤身設(shè)計(jì)寬度的情況下，用該設(shè)計(jì)寬度減去前消浪空箱寬度后的剩余寬度范圍內(nèi)合理取值，后消浪空箱的后壁設(shè)計(jì)為弧形結(jié)構(gòu)，該弧正好
取$圓周。開孔消浪空箱能降低波浪的主要原理是入射波的反射波在消浪室前存在相
位差，當(dāng)消浪空箱的設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)到一定范圍時(shí)，入、反射波在消浪空箱前非同相疊加，可顯著降低波浪的作用；另外，波浪到達(dá)消浪空箱內(nèi)部前，有部分波能量經(jīng)過與開孔作用后進(jìn)入消浪空箱，從而亦可以減少波能量；在實(shí)際工程中，作用在防波堤上的波浪多為不規(guī)則波， 很難保證入、反射波在消浪室前非同相疊加，而且很可能使得入、反射波在消浪空箱前同相
疊加，這反而加強(qiáng)了波浪的作用，故我們希望經(jīng)過消浪空箱的反射波的反射系數(shù)越小越
好，所以后消浪空箱的后壁做成弧形，可有效的降低波浪反射系數(shù)。進(jìn)一步地，所述的消浪空箱內(nèi)波浪的消浪葉片為可繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的消浪葉片。葉片共六片，以旋轉(zhuǎn)軸為中心向四周發(fā)散分布，整體呈花瓣?duì)?，該消浪葉片在波浪的不斷作用下，可繞旋轉(zhuǎn)軸不停的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸兩端固定在消浪空箱左右兩側(cè)的側(cè)壁上。在入射波能
一定和無越浪的條件下，根據(jù)能量守恒原理對于開孔條件下，有
，從該式可以看出，當(dāng)入射波沖擊堤身時(shí)，波浪通過開孔進(jìn)入了消浪空箱，并和結(jié)構(gòu)相互作用后，因水質(zhì)點(diǎn)劇烈紊動(dòng)破碎而消耗，剩余的能量結(jié)構(gòu)繼續(xù)爬高，這說明在能量一定的前提下，如果沿著結(jié)構(gòu)繼續(xù)爬高的能量越少，則被結(jié)構(gòu)消耗的能量越多，結(jié)構(gòu)的消能效果越好； 該設(shè)計(jì)消浪葉片在波浪作用下沿旋轉(zhuǎn)軸不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)，可使波浪質(zhì)點(diǎn)充分發(fā)生紊動(dòng)，降低波浪自身的動(dòng)能，從而減少波浪對防波堤的作用。進(jìn)一步地，后消浪空箱后壁上每隔一定距離分布一個(gè)連通孔，連通孔能降低進(jìn)入消浪空箱的波浪對消浪空箱后壁及整個(gè)防波堤的作用，并使得消浪空箱內(nèi)的波浪與防波堤內(nèi)側(cè)空氣相通，連通管一頭伸到連通孔側(cè)，一頭通過打孔洞延伸到
防波堤堤身內(nèi)側(cè)與外界大氣相聯(lián)通，并保證連通管在聯(lián)通的條件下，直徑盡量要小，這樣可有效降低波浪通過連通管的爬高值。消浪空箱通過連通孔和連通管使得作用在防波堤上的波浪與外界相通，在整體上構(gòu)成一個(gè)連通器，根據(jù)連通器原理，連通管兩頭大氣壓相等的情況下，連通管兩頭的水頭大小相等，即水平面相平，這樣在保障減小波浪對防波堤作用的前提下，減小了波浪越浪量，從而降低波浪對防波堤內(nèi)側(cè)港區(qū)的影響。根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果
I、該連通式消能結(jié)構(gòu)位于防波堤堤身或胸墻波浪作用的部位，可以減小波浪在防波堤前的反射，有效地降低波吸力對防波堤的直接作用，有利于防波堤的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)安全。2、橢圓形消浪孔以及消浪葉片的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了波浪在防波堤消浪空箱內(nèi)部的能量消散，有效地減小波浪對防波堤堤身的沖擊作用，尤其在惡劣的海浪狀況下，可以延長防波堤的使用壽命。3、后消浪空箱后壁的弧形設(shè)計(jì)，有效地減小進(jìn)入消浪空箱內(nèi)的波浪的反射作用， 避免反射波在消浪空箱內(nèi)部形成駐波，與原來波浪的同相疊加，加大對防波堤的不利作用。 可較大地提高消浪空箱的消浪效率。4、消能結(jié)構(gòu)在整體上構(gòu)成的連通器型式，結(jié)構(gòu)簡單，施工容易。此外，該消能結(jié)構(gòu)不僅降低波吸力對防波堤的直接作用，而且減小了波浪的爬高值，從而保障防波堤內(nèi)側(cè)水域平穩(wěn)性或內(nèi)側(cè)港域的安全。此外，初擬出該防波堤消浪結(jié)構(gòu)各部分尺寸，并通過波吸力作用下防波堤胸墻抗滑、抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算，說明該消浪結(jié)構(gòu)的合理性，可以廣泛使用。由于規(guī)范中沒有直接規(guī)定波吸力的計(jì)算和驗(yàn)算公式，需要根據(jù)波壓力進(jìn)行推導(dǎo)得來。首先初步擬定各部分結(jié)構(gòu)尺寸。該消浪結(jié)構(gòu)高2m，縱長4m，前消浪空箱寬2m，后消浪空箱寬lm，根據(jù)防波堤具體尺寸，來決定消浪結(jié)構(gòu)安裝個(gè)數(shù)以及排列方式，根據(jù)波浪集中作用部位決定防波堤消浪結(jié)構(gòu)安放位置，現(xiàn)假設(shè)該消浪結(jié)構(gòu)安裝在防波堤胸墻內(nèi)，消浪結(jié)構(gòu)上表面距胸墻頂部距離為lm，前消浪空箱前壁上分兩排對稱分布6個(gè)橢圓形消浪孔， 第一排3個(gè)，第二排3個(gè)，橢圓形消浪孔左右凈距l(xiāng)m，上下凈距0. 5m,長軸為0. 15m,短軸為 0. lm，消浪葉片長lm，消浪葉片旋轉(zhuǎn)軸縱長為4m。防波堤胸墻頂高程作為堤頂高程，根據(jù) 《防波堤設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》防波
堤胸墻頂高程=設(shè)計(jì)高水位+
權(quán)利要求
1.一種抵御波吸力的連通式防波堤消浪結(jié)構(gòu)，包括有消浪孔，前消浪空箱，后消浪空箱，消浪葉片，消浪葉片旋轉(zhuǎn)軸，連通孔，后消浪空箱的弧形后壁以及連通管，其特征是消浪孔為橢圓形，分兩排均勻排在前消浪空箱前壁上，開孔率為20% 40%，前消浪空箱與后消浪空箱是相通的，前后消浪空箱具有相同的縱長和高度，后消浪空箱的寬度取為前消浪空箱寬度的一半，后消浪空箱的后壁設(shè)計(jì)為弧形結(jié)構(gòu)，該弧正好取\圓周，消浪葉片旋轉(zhuǎn)軸固定在前消浪空箱兩邊的側(cè)壁上，消浪葉片為可繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的4消浪葉片，葉片共六片，以旋轉(zhuǎn)軸為中心向四周發(fā)散分布，整體呈花瓣?duì)?，長度為消浪空箱高度的一半，后消浪室后壁上每隔一定距離分布一個(gè)連通孔，連通管一頭伸到連通孔側(cè)， 一頭通過打孔洞延伸到防波堤堤身內(nèi)側(cè)與外界大氣相聯(lián)通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抵御波吸力的連通式防波堤消浪結(jié)構(gòu)，屬于防波堤結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域。該防波堤消浪結(jié)構(gòu)包括有(1)消浪孔；(2)前消浪空箱；(3)后消浪空箱；(4)消浪葉片；(5)消浪葉片旋轉(zhuǎn)軸；(6)連通孔；(7)后消浪空箱的弧形后壁；(8)連通管。該防波堤消浪結(jié)構(gòu)具有前后兩個(gè)消浪空箱、且通過連通管使結(jié)構(gòu)整體構(gòu)成一個(gè)連通器，可有效減小波吸力對防波堤的作用，降低波浪在堤前的爬高、反射系數(shù)及堤頂越浪量，大大提高防波堤的消浪效果。同時(shí)提出波谷作用時(shí)，防波堤胸墻在波吸力作用下的抗滑、抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算公式，并經(jīng)過驗(yàn)證，防波堤滿足穩(wěn)定性要求。
文檔編號E02B3/06GK102535392SQ20121001313
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者歐陽峰, 王娜, 范江山, 陳達(dá), 黃愷 申請人:河海大學(xué)