一种抵御波吸力的连通式防波堤消浪结构制造技术

本发明专利技术公开了一种抵御波吸力的连通式防波堤消浪结构，属于防波堤结构施工领域。该防波堤消浪结构包括有：（1）消浪孔；（2）前消浪空箱；（3）后消浪空箱；（4）消浪叶片；（5）消浪叶片旋转轴；（6）连通孔；（7）后消浪空箱的弧形后壁；（8）连通管。该防波堤消浪结构具有前后两个消浪空箱、且通过连通管使结构整体构成一个连通器，可有效减小波吸力对防波堤的作用，降低波浪在堤前的爬高、反射系数及堤顶越浪量，大大提高防波堤的消浪效果。同时提出波谷作用时，防波堤胸墙在波吸力作用下的抗滑、抗倾稳定性验算公式，并经过验证，防波堤满足稳定性要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种抵御波吸力的连通式防波堤消浪结构，能够广泛应用于水深大、波浪作用强的防波堤设计领域。
技术介绍
防波堤，建造在开敞海岸、海湾或岛屿的港口，一种常见的海岸工程结构型式，用于防御波浪对海港的侵袭，保证港口具有平稳的水域。主要由墙身、上部结构和基床组成。墙身和上部结构承受主要的波浪力，波浪力分为波压力和波吸力。当波峰作用在防波堤上时为波压力，波谷作用在防波堤上时为波吸力。波压力作用方向指向防波堤，使堤身产生向内倾倒的作用，而波吸力的作用方向背离防波堤，对堤身产生向外拉到的力矩。 防波堤设计中一般采用波压力进行设计，一些消浪措施也主要是减小波压力对防波堤的作用，未考虑波吸力的影响。而实际上，由于建筑物前的波浪要素、堤前水深条件、底坡及基床轮廓尺寸等都是影响堤前波浪形态的因素，波浪形态的不同导致波浪作用在防波堤上的作用形式不同，故单纯地考虑波压力的防波堤设计与施工工程会存在很大的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术针对单纯考虑波压力的防波堤消浪结构的不足，提供一种新型的抵御波吸力的连通式防波堤结构。此种结构，不但能降低波压力对防波堤的不利影响，更能减小波吸力对防波堤的威胁，起到较好的消浪效果。为实现以上的技术目的，本专利技术将采取以下的技术方案一种抵御波吸力的连通式防波堤消浪结构，其结构组成包括有消浪孔、前消浪空箱、后消浪空箱、消浪叶片、消浪叶片旋转轴、联通孔、后消浪室的弧形后壁以及联通管，该消浪结构在整体上呈连通器型式。进一步地，所述的消浪孔为椭圆形，分两排均匀排在前消浪空箱前壁上，开孔率为 20% 40% ;该消浪结构整体位于防波堤堤身或胸墙波浪作用的部位，作用在防波堤上的部分波浪通过椭圆形消浪孔进入消浪空箱，波浪进入过程中，与消浪孔发生作用，消散部分波浪动能，从而减少对防波堤的直接作用，椭圆形消浪孔能够达到很好的消能效果。进一步地，所述的前消浪空箱与后消浪空箱是相通的，前后消浪空箱具有相同的纵长和高度，消浪叶片旋转轴固定在消浪空箱两边的侧壁上，消浪叶片长度小于一半的消浪空箱高度，从而保证前后消浪空箱的空间连通性。进一步地，所述的前消浪空箱和后消浪空箱是相连通的，后消浪空箱的宽度可取为前消浪空箱宽度的一半，或已知防波堤堤身设计宽度的情况下，用该设计宽度减去前消浪空箱宽度后的剩余宽度范围内合理取值，后消浪空箱的后壁设计为弧形结构，该弧正好取$圆周。开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，当消浪空箱的设计参数达到一定范围时，入、反射波在消浪空箱前非同相叠加，可显著降低波浪的作用；另外，波浪到达消浪空箱内部前，有部分波能量经过与开孔作用后进入消浪空箱，从而亦可以减少波能量；在实际工程中，作用在防波堤上的波浪多为不规则波， 很难保证入、反射波在消浪室前非同相叠加，而且很可能使得入、反射波在消浪空箱前同相叠加，这反而加强了波浪的作用，故我们希望经过消浪空箱的反射波的反射系数越小越好，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数。进一步地，所述的消浪空箱内波浪的消浪叶片为可绕旋转轴旋转的消浪叶片。叶片共六片，以旋转轴为中心向四周发散分布，整体呈花瓣状，该消浪叶片在波浪的不断作用下，可绕旋转轴不停的旋转，旋转轴两端固定在消浪空箱左右两侧的侧壁上。在入射波能一定和无越浪的条件下，根据能量守恒原理对于开孔条件下，有，从该式可以看出，当入射波冲击堤身时，波浪通过开孔进入了消浪空箱，并和结构相互作用后，因水质点剧烈紊动破碎而消耗，剩余的能量结构继续爬高，这说明在能量一定的前提下，如果沿着结构继续爬高的能量越少，则被结构消耗的能量越多，结构的消能效果越好； 该设计消浪叶片在波浪作用下沿旋转轴不断的转动，可使波浪质点充分发生紊动，降低波浪自身的动能，从而减少波浪对防波堤的作用。进一步地，后消浪空箱后壁上每隔一定距离分布一个连通孔，连通孔能降低进入消浪空箱的波浪对消浪空箱后壁及整个防波堤的作用，并使得消浪空箱内的波浪与防波堤内侧空气相通，连通管一头伸到连通孔侧，一头通过打孔洞延伸到防波堤堤身内侧与外界大气相联通，并保证连通管在联通的条件下，直径尽量要小，这样可有效降低波浪通过连通管的爬高值。消浪空箱通过连通孔和连通管使得作用在防波堤上的波浪与外界相通，在整体上构成一个连通器，根据连通器原理，连通管两头大气压相等的情况下，连通管两头的水头大小相等，即水平面相平，这样在保障减小波浪对防波堤作用的前提下，减小了波浪越浪量，从而降低波浪对防波堤内侧港区的影响。根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果I、该连通式消能结构位于防波堤堤身或胸墙波浪作用的部位，可以减小波浪在防波堤前的反射，有效地降低波吸力对防波堤的直接作用，有利于防波堤的稳定性与结构安全。2、椭圆形消浪孔以及消浪叶片的设计，加强了波浪在防波堤消浪空箱内部的能量消散，有效地减小波浪对防波堤堤身的冲击作用，尤其在恶劣的海浪状况下，可以延长防波堤的使用寿命。3、后消浪空箱后壁的弧形设计，有效地减小进入消浪空箱内的波浪的反射作用， 避免反射波在消浪空箱内部形成驻波，与原来波浪的同相叠加，加大对防波堤的不利作用。 可较大地提高消浪空箱的消浪效率。4、消能结构在整体上构成的连通器型式，结构简单，施工容易。此外，该消能结构不仅降低波吸力对防波堤的直接作用，而且减小了波浪的爬高值，从而保障防波堤内侧水域平稳性或内侧港域的安全。此外，初拟出该防波堤消浪结构各部分尺寸，并通过波吸力作用下防波堤胸墙抗滑、抗倾稳定性验算，说明该消浪结构的合理性，可以广泛使用。由于规范中没有直接规定波吸力的计算和验算公式，需要根据波压力进行推导得来。首先初步拟定各部分结构尺寸。该消浪结构高2m，纵长4m，前消浪空箱宽2m，后消浪空箱宽lm，根据防波堤具体尺寸，来决定消浪结构安装个数以及排列方式，根据波浪集中作用部位决定防波堤消浪结构安放位置，现假设该消浪结构安装在防波堤胸墙内，消浪结构上表面距胸墙顶部距离为lm，前消浪空箱前壁上分两排对称分布6个椭圆形消浪孔， 第一排3个，第二排3个，椭圆形消浪孔左右净距lm，上下净距0. 5m,长轴为0. 15m,短轴为 0. lm，消浪叶片长lm，消浪叶片旋转轴纵长为4m。防波堤胸墙顶高程作为堤顶高程，根据 《防波堤设计与施工规范》防波堤胸墙顶高程=设计高水位+权利要求1.一种抵御波吸力的连通式防波堤消浪结构，包括有消浪孔，前消浪空箱，后消浪空箱，消浪叶片，消浪叶片旋转轴，连通孔，后消浪空箱的弧形后壁以及连通管，其特征是消浪孔为椭圆形，分两排均匀排在前消浪空箱前壁上，开孔率为20% 40%，前消浪空箱与后消浪空箱是相通的，前后消浪空箱具有相同的纵长和高度，后消浪空箱的宽度取为前消浪空箱宽度的一半，后消浪空箱的后壁设计为弧形结构，该弧正好取\圆周，消浪叶片旋转轴固定在前消浪空箱两边的侧壁上，消浪叶片为可绕旋转轴旋转的4消浪叶片，叶片共六片，以旋转轴为中心向四周发散分布，整体呈花瓣状，长度为消浪空箱高度的一半，后消浪室后壁上每隔一定距离分布一个连通孔，连通管一头伸到连通孔侧， 一头通过打孔洞延伸到防波堤堤身内侧与外界大气相联通。全文摘要本专利技术公开了一种抵御波吸力的连通式防波堤消浪结构，属于防波堤结构施工领域。该防波堤消浪结构包括有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈达，王娜，欧阳峰，范江山，黄恺，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：