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一种浮式防波堤的制作方法

发布时间:2019-07-12 22:09 来源:未知 编辑:admin

  海洋环境复杂,海上浮式结构物同时受到风、浪、流载荷的作用,尤其是波浪载荷占主要成分,严重影响海上浮式结构物的安全性、工作人员的舒适性等。为了削弱波浪海上浮式结构物受到的波浪载荷,通常在浮式结构物四周布放浮式防波堤吸收和消耗波浪能达到降低波浪力的目的。浮式防波堤通常是由金属,钢筋混凝土和塑料材料制造的消波浮体和锚系设备组成的防浪设施,消波浮体是由具有一定吃水深度的箱体或浮排组成。箱体或浮排与一端固定在海底的锚链相连而漂浮在水面上。与传统坐底式防波堤相比,具有施工简便,性价比高,对被掩护水域的水动力影响不大等优点。但到目前为止,浮式防波堤的应用率远低于坐底式防波堤,这主要是因为其消波性能远低于坐底式防波堤,尤其在对于长周期波方面。此外,浮式防波堤的系泊系统的安全性也是十分重要的,获得良好的消波性能和有效降低系泊系统荷载成为浮式防波堤研究中不易解决的矛盾。中国发明专利(CN5.3)“一种内置浮力单元的孔箱型浮式防波堤”,该防波堤存在以下缺陷:1.当孔箱结构出现破损时,内部浮力单元易逃出孔箱,使浮力损失,会导致浮式防波堤沉入海底;2.浮体单元在孔箱内部交错运动,浮式防波堤在垂直水面方向上所受载荷较小,在大波高情况下,防波堤易出现越浪,降低其消波能力;3.防波堤宽度有限,对长周期波浪的消波效果较差;4.结构较为复杂,不便于海上施工和后期的更换与维护。

  为了克服现有技术存在的不足,本发明提出一种新型的浮式防波堤,基于能量分散、阻尼耗散等原理实现其结构的双重消波能力,高海况及长周期波浪下的消波效果明显;即使结构出现破损其浮力也不会损失;结构简单,采用模块化拼装,防波堤宽度不受限制,便于海上施工和后期维护。

  本发明的一种浮式防波堤,包括多个通过连接装置相互连接的浮箱;所述的浮箱包括上下接触并固定设置的上浮体、下浮体;所述的上浮体为回环形加斜坡形的凹槽型结构,其凹槽内弯面上设置有多个块状消能装置;所述的下浮体是一个高强度聚丙烯材料的矩形体,其内设置有多个贯通交错的消浪孔;所述的浮箱均设置有系泊导缆孔,用于连接锚链将浮箱系泊于水中。

  进一步的,所述的下浮体的长宽比为5:1~10:1,其高度不小于1/20特征波长。

  进一步的,所述的连接装置包括:设置于浮箱的相邻交界面上的多个连接导缆孔和相应锚链。

  1、本发明新型浮式防波堤,采用多个浮箱单元通过锚链连接而成,可批量生产、减少成本、便于拆卸与更换、根据海域实际情况连接成各种所需型式及宽度,施工方便、安全性能高。

  2、本发明充分使用了流体动力学特性,下浮体结构采用消浪孔纵横交错的结构,上浮体采用凹槽型结构和增加了块状消能装置,极大增强了浮式防波堤的消波性能。

  3.本发明的每个浮箱由回环斜坡型的上浮体和带有消浪孔的矩形下浮体构成,其上浮体的斜坡下缘处于水线位置。由此,当波浪经过防波堤时,首先到达斜坡,波浪一分为二,上半部分沿斜坡爬升。波浪在爬升过程中需要经过斜坡上方的块状消波装置,其波浪能量不断衰减,最后到达半圆形回环,然后波浪沿圆弧爬升,在圆弧的引导下反向运动,形成翻卷破碎,进一步消耗波浪能;下半部分波浪沿上浮体底面向前运动直至与下浮体相遇,下浮体表面布满纵横交错的小孔,波浪在小孔内碰撞耗散,消减部分波浪能。波浪经过防波堤消耗波浪能后传向防波堤后方,此时的波高会有明显的下降,周期几乎不变。波浪经过新型防波堤能量衰减,主要分为两个部分,一部分粘性耗散,另一部分是被浮式防波堤吸收转化为防波堤的动能与势能。

  4.本发明采用悬链线系泊方式将防波堤系泊于海底,有效地确保防波堤处于某一特定范围、又避免了系泊系统不承受过大的载荷,从而使防波堤可以在一定范围运动内将自身的能量采用做功的方式释放出去。

  5.本发明浮式防波堤采用被动式消波方式,无需额外动力装置,由于防波堤吸收了波浪能产生了周期性的运动,尤其是浮箱与浮箱连接处的载荷较大,可在连接处加装发电机组,形成波浪发电系统,作为新型浮式防波堤的副产品。

  图中:10上浮体,20下浮体,13防撞垫,14连接导缆孔,25系泊导缆孔,26消浪孔,17块状消能装置。

  图1是本发明浮式防波堤的一个实施例的浮箱结构示意图。本发明由图1所示的浮箱单元通过连接装置连接而成后系泊于工作海域形成浮式防波堤。浮式防波堤的长度由浮箱单元的数量决定,理论上无限制。

  浮箱包括:上浮体10,下浮体20,防撞垫13,连接导缆孔14,系泊导缆孔25,消浪孔26,块状消能装置17。上浮体10与下浮体20固结为一体。

  浮箱的上浮体10采用钢质材料,为回环形加斜坡形的凹槽型结构,其斜坡上交错分布块状消能装置17。左右两个面对称分布连接数个连接导缆孔14,可与相应导缆构成连接装置,用于连接相邻浮箱。其导缆可采用锚链。

  相邻浮箱的交界面处设有多个防撞垫13,可采用橡胶块,用于避免相邻浮箱出现碰撞和错位运动,保证浮箱的结构安全。在上浮体10上设置有数个系泊导缆孔25用于系泊浮箱,该系泊导缆孔25可均匀分布于上浮体10的底面处。可采用悬链线系泊方式将防波堤系泊于海底,有效地确保防波堤处于某一特定范围、又避免了系泊系统不承受过大的载荷,从而使防波堤可以在一定范围运动内将自身的能量采用做功的方式释放出去。

  下浮体20为矩形结构,采用高耐腐蚀性的高分子聚丙烯材料,其内部有横向和纵向布满贯通的消浪孔26,来增加阻尼耗散,提高消能效果。

  由多个浮箱结构通过锚链连接而成的浮式防波堤,由浮箱上的系泊导缆孔通过锚链系泊于水底,通常为悬链线形式。由此,使浮式防波堤固定于水中某个范围内。

  浮箱的下浮体20为矩形体,其长宽比大致为5:1~10:1,高度不小于1/20特征波长。

  如图2为图1的A-A剖面图。当浮箱置于海水中时,海水通过浮箱底部的消浪孔26进入浮箱内部,浮箱的下浮体10产生浮力与浮箱的重力相同,使浮箱处于自然漂浮的状态。通过系泊导缆孔25将浮箱系泊于海面上,波浪通过上浮体10的斜坡时,需经过块状消能装置17,使波浪能量减弱,达到消波的功能。

  总之,本发明的一种新型浮式防波堤,由多个浮箱通过连接装置连接而成,各浮箱均具有双重消波能力,高海况下的消波效果良好。波浪经过浮箱时,首先被斜坡一份为二,上半部分经过斜坡爬升和块状消能装置减弱波浪能后,沿半圆回环反向运动,最后破碎;下半部分波浪经过下浮体反射和消浪孔减弱波浪能;部分波浪透过防波堤传向后方。本发明的浮箱可采用模块化制造,加工制造便捷,便于海上施工和后期维护。

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