CN103147423B - 一种可组装的防波消能透空箱型单浮体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可组装的防波消能透空箱型单浮体，包括一前后敞开口的六边体壳体，所述壳体内水平设置有相互隔离且与壳体左右壁板相连接的2块中间平板，壳体前后上下壁板与中间平板之间分别设置有一向壳体内斜置且与壳体上下壁板形成夹角α并与壳体上下壁板和中间平板边缘相连接的斜板；所述2块中间平板之间靠近壳体前后边缘处还分别设置有一端截面为三角形且两端分别与壳体左右壁板相连接的仿机翼分水结构；所述壳体外左右壁板上还分别紧贴连接有一浮箱；所述壳体上下壁板、中间平板和斜板均开设有若干通孔。本发明的防波消能透空箱型单浮体组装成浮式防波堤不仅具有良好的防波消能效果，而且稳定性好，易制造，成本低。
Description
技术领域
本发明属于防波堤技术领域，涉及一种消减波浪能量的结构物，更具体是涉及一种用于维护水域水面的稳定和减小波浪冲击力的可组装的防波消能透空箱型单浮体。
背景技术
港口工程建设中，为了维护港区内水面的稳定，确保作业船舶的正常工作，会在港区周围设置防波堤以反射或消减波浪能量。随着海港建设逐步向水深、浪大、环境恶劣的近海深水区域发展，传统形式的防波堤逐渐失去优势，高桩式和浮式防波堤被相继提出。
高桩式防波堤是传统固定式防波堤的延续，只是用桩基抬高了上部消浪结构的底标高，减少了消浪结构以下的工程量以降低工程造价。但高桩式防波堤只适于建造在软土地基上，适应水位变化的能力很弱，而且相对于传统重力式防波堤而言，高桩式防波堤的结构安全性较差，更容易遭受水毁，水毁后也更难修复。
浮式防波堤的特点是：防波堤漂浮于水体表面，不需要地基基础，可以节省相应的工程费用；其次，浮式防波堤在预制工厂完成制造过程，运抵施工现场后进行简单拼装即可锚定到位，现场施工时间短、受环境影响小；其三，浮式防波堤不影响水体的交换，有利于保持水域环境不恶化；其四，浮式防波堤的安装、移除均比较方便快捷，还可用于抢险救灾和临时性的水域维护工程。
近40年来，国内外提出了几十种浮式防波堤结构形式，大体可分为浮箱式、浮筒式和浮筏式，但所有浮式防波堤目前仍处于原型研究阶段。浮箱式防波堤的主体都是完全封闭的空箱(通常为矩形或倒梯形)，主要依靠箱壁的波浪反射阻挡波能进入被维护水域，也可在迎水面或浮箱底部设置结构物以增加破碎波浪或阻尼消能的能力；浮箱式防波堤在反射波浪的同时，结构要承受巨大的波浪力，所以浮箱式防波堤要么结构过于笨重，要么容易水毁。浮筒式防波堤与浮箱式基本相似，只是防波堤的主体是圆筒，便于工厂制作，波浪的反射力也相对小一些，也可增设挡浪板或其它结构物以增强反射波浪或消耗波浪能的能力。浮筏式防波堤通常由废旧轮胎或泡沫塑料等材料捆绑成浮筏而成，主要利用浮体间和浮体与水体间的摩擦消能；废旧轮胎制成的浮筏式防波堤已经在海上围堵油污中得到应用，这类防波堤通常造价低廉，但其消能的效果不如前两者，且浮筏易于老化，破碎后会对水域造成污染。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有浮式防波堤所存在的问题和缺陷，提出一种新型的可组装的防波消能透空箱型单浮体。该防波消能透空箱型单浮体组装成浮式防波堤不仅具有良好的消能效果，而且稳定性好，易制造，成本低。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种可组装的防波消能透空箱型单浮体，包括一前后敞开口的四边体壳体1，所述壳体1内水平设置有2块相互隔开距离为k且与壳体1左、右壁板相连接的中间平板3，壳体1前后上、下壁板与中间平板3之间分别设置有一向壳体1内斜置且与壳体1上、下壁板形成夹角α并与壳体1上、下壁板和中间平板3边缘相连接的斜板2；所述2块中间平板3之间靠近壳体1前后边缘处还分别设置有一端截面为三角形且两端分别与壳体1左、右壁板相连接的仿机翼分水结构5；所述壳体1外左、右壁板上还分别紧贴连接有一浮箱4；所述壳体1上、下壁板、中间平板3和斜板2均开设有若干通孔。
上述所述的四边体壳体1的四面壁板平方面积大小关系为：上、下壁板＞左、右壁板＞前、后敞开口。
上述所述的壳体1下壁板四个角还分别设有一用于连接锚链的扣环6。
上述所述的连接均为固定连接。
上述所述的夹角α为40°～50°。
上述所述的k为波高的0.1～0.2倍。
上述所述的通孔开孔率，壳体1上、下壁板为1％～3％，中间平板3为5％～8％，斜板2为15％～20％。
上述所述的浮箱4为密闭空腔六面体钢结构。
上述所述的壳体1，中间平板3和斜板2的材质为钢材或钢筋混凝土。
本发明的一种可组装的防波消能透空箱型单浮体的主要优点有：
1、透空箱型浮体防波堤在矩形浮箱式防波堤的基础上，去除了向海侧和向陆侧的立板，减小了箱体承受的波浪力和堤前的波浪反射，提高了箱体结构自身的安全性和波浪作用下的稳定性。
2、在箱体内部设置由斜板(2)和中间平板(3)组成的束水结构，形成透空箱体。束水结构顺水流方向对称布置，流道断面先收缩(向海侧)后扩大(向陆侧)，形成紊动消能。斜板(2)和中间平板(3)上都开孔，不仅能减少受力，进一步紊乱水流，而且能形成波列干涉消能。壳体(1)上、下壁板也开孔，可以进一步地紊乱水流，减小结构的受力。
3、箱体内设两个仿机翼分水结构(5)分别布置在束水结构的两侧(向海侧和向陆侧)，外观仿机翼，符合流体力学原理，而且能增加箱体在波浪作用下的稳定性，减小箱体的晃动。仿机翼分水结构(5)在高度方向布置在接近水面处，其仿机翼的外形能够迫使水流抬升箱体做功，箱体上浮能减少越浪量，提升消浪效果。
4、箱体两侧各设置一个独立的浮箱(4)为整个标准节箱体提供浮力。独立的浮箱通过连接件与箱体连接，便于后期的维护，也降低了箱体的制作难度。浮箱(4)上部可设置阀门，用于后期调整箱体的干舷高度。
使用时，标准节之间用连接件串联连接。
本发明的一种可组装的防波消能透空箱型单浮体的优点和有益效果：
1.透空箱型浮体防波堤采用在箱体内设置束水结构、分水结构和束水结构板壁开孔等方法，综合了波能反射、波列干涉、紊动耗能、波浪力做功等多种消能方式，结构受波浪力小、堤前反射小、堤身稳性好、越浪小、消能效果好，便于布设、移除和维护，适用于各种水深条件，尤其适用于深水区域的消能防浪。
2.透空箱型浮体防波堤将密闭浮箱和消能结构分离，降低了制造难度，也便于后期维护。消能结构如果采用钢筋混凝土材料制作，不仅可以提升消能效果，而且可以降低造价。
3.透空箱型浮体防波堤不同于已有的任何一种浮体防波堤，综合了波能反射、波列干涉、紊动耗能、波浪力做功等多种消能方式，室内原型实验表明，其波浪的透射系数可小至0.1047，即消能系数为0.8953。
附图说明
图1是本发明构造立体示意图。
图2为图1的A—A剖视图。
图3为图1的B—B剖视图。
图4为图1的C—C剖视图。
图5是仿机翼分水结构的三维透视图。
图中：1.壳体，2.斜板，3.中间平板，4.浮箱，5.仿机翼分水结构，6.扣环。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细叙述。应理解，该实施例仅用于说明本发明，并不用于限制本发明保护范围。此外应理解，在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员对本发明所做的各种等价形式的改动和修改，均落于本申请专利权利要求书所限定的范围。
附图1—5所示，一种可组装的防波消能透空箱型单浮体，包括一前后敞开口的四边体壳体1，所述壳体1内水平设置有2块相互隔开距离为k且与壳体1左、右壁板相连接的中间平板3，壳体1前后上、下壁板与中间平板3之间分别设置有一向壳体1内斜置且与壳体1上、下壁板形成夹角α并与壳体1上、下壁板和中间平板3边缘相连接的斜板2；所述2块中间平板3之间靠近壳体1前后边缘处还分别设置有一端截面为三角形且两端分别与壳体1左、右壁板相连接的仿机翼分水结构5；所述壳体1外左、右壁板上还分别紧贴连接有一浮箱4；所述壳体1上、下壁板、中间平板3和斜板2均开设有若干通孔。
上述所述的四边体壳体1的四面壁板平方面积大小关系为：上、下壁板＞左、右壁板＞前、后敞开口。本实施例壳体1的四面壁板的平方面积尺寸是：上、下壁板为110cm×70cm，左、右壁板为110cm×42cm，前、后敞开口为70cm×42cm；中间平板3的宽度为64cm，长度为左、右壁板之间距离；斜板2的宽度为25.5cm，长度为左、右壁板之间距离；
上述所述的壳体1下壁板四个角还分别设有一用于连接锚链的扣环6。
上述所述的连接均为固定连接。
上述所述的夹角α为40°～50°，本实施例采用夹角α为45°。
上述所述的k为波高的0.1～0.2倍，本实施例采用k为6cm。
上述所述的通孔开孔率，壳体1上、下壁板为1％～3％，中间平板3为5％～8％，斜板2为15％～20％。相同开孔率条件下，单孔孔径越小越有利于消能，以圆孔为优选。
上述所述的浮箱4为密闭空腔六面体钢结构。浮箱4的尺寸(高度、宽度和长度)取决于箱型单浮体所需的浮力，浮箱4的长度宜与箱型单浮体长度相同，浮箱4的高度宜与箱型单浮体高度相同；浮箱4的宽度应按大于箱型单浮体所需浮力确定。浮箱4内还可设置用于调整箱型单浮体的干舷高度的管道和阀门。
上述所述的壳体1，中间平板3和斜板2的材质为钢材或钢筋混凝土。
本发明的防波消能透空箱型单浮体通过室内实物原型试验，其中实验波浪要素：波高为15cm，波长为1.0m～1.56m，周期为0.8s～1s；所得试验结果数据为：波浪透射率为0.1047～0.1614，消能系数为0.8386～0.8953。
Claims (9)
1.一种可组装的防波消能透空箱型单浮体，其特征在于：包括一前后敞开口的四边体壳体(1)，所述壳体(1)内水平设置有2块相互隔开距离为k且与壳体(1)左、右壁板相连接的中间平板(3)，壳体(1)前后上、下壁板与中间平板(3)之间分别设置有一向壳体(1)内斜置且与壳体(1)上、下壁板形成夹角α并与壳体(1)上、下壁板和中间平板(3)边缘相连接的斜板(2)；所述2块中间平板(3)之间靠近壳体(1)前后边缘处还分别设置有一端截面为三角形且两端分别与壳体(1)左、右壁板相连接的仿机翼分水结构(5)；所述壳体(1)外左、右壁板上还分别紧贴连接有一浮箱(4)；所述壳体(1)上、下壁板、中间平板(3)和斜板(2)均开设有若干通孔。
2.根据权利要求1所述的一种可组装的防波消能透空箱型单浮体，其特征在于：所述的四边体壳体(1)的四面壁板平方面积大小关系为：上、下壁板＞左、右壁板＞前、后敞开口。
3.根据权利要求1所述的一种可组装的防波消能透空箱型单浮体，其特征在于：所述的壳体(1)下壁板四个角还分别设有一用于连接锚链的扣环(6)。
4.根据权利要求1所述的一种可组装的防波消能透空箱型单浮体，其特征在于：所述的夹角α为40°～50°。
5.根据权利要求1所述的一种可组装的防波消能透空箱型单浮体，其特征在于：所述的k为波高的0.1～0.2倍。
6.根据权利要求1所述的一种可组装的防波消能透空箱型单浮体，其特征在于：所述的通孔开孔率，壳体(1)上、下壁板为1％～3％，中间平板(3)为5％～8％，斜板(2)为15％～20％。
7.根据权利要求1所述的一种可组装的防波消能透空箱型单浮体，其特征在于：所述的浮箱(4)为密闭空腔六面体钢结构。
8.根据权利要求1所述的一种可组装的防波消能透空箱型单浮体，其特征在于：所述的壳体(1)，中间平板(3)和斜板(2)的材质为钢材或钢筋混凝土。
9.根据权利要求1所述的一种可组装的防波消能透空箱型单浮体，其特征在于：所述的连接为固定连接。
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