CN104641043B - 能量消散装置 - Google Patents

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Abstract

一种能量消散装置，其包含多个周期性双曲线表面，多个周期性双曲线表面形成连续的表面‑结构，并包围通过其中的连续的隧道。

Description

能量消散装置
技术领域
本发明涉及可渗透的海绵状结构。
背景技术
防波堤被设计为交替抵抗(通过吸收或反射或两者)冲击波浪的能量，因此产生受保护的静水活动区或(在一些应用中)避免受海洋的腐蚀力量伤害的陆地前面的质量，全都具有最低可能的成本和最低的环境损害。
传统防波堤
1.基于填充材料的防波堤通常由以下构成：
-沙子和岩石碎石堆(岩石的尺寸取决于现场的流体动力学状况)
-斜护墙，具有混凝土障碍外层和陆地-碎石护背(由沉重的混凝土四脚结构或类似的结构支撑)
2.沉箱(竖直壁)防波堤，具有填充材料，以为防备倾覆提供质量和抵抗。
3.各种功能上专用的组合中的互补的沉箱-碎石堆-护岸防波堤。
深测状况、冲击的波浪能量和填充材料的可用性是防波堤的实现和其成本的决定因素。由于其几何宽基础结构，填充材料的防波堤在大约20-25米的水深的情况下到达其技术经济极限，超过大约20-25米的水深，在额外每深一米的情况下，材料量成为关键性的经济约束。
沉箱(前或后方案)技术在浅水中是相对昂贵的，但是随着深度的增加，碎石堆或护墙的成本可以显著地超过沉箱。
应当记住，从自然挖出或开采或挖掘并运输且现场沉积的、用于防波堤构造的填充材料方法不仅昂贵，而且环境上造成负面破坏。因此，在许多沿海状况下，填充材料方法(当考虑大规模时)不是切实可行的选择。
目的是提供适合于使用的改善的波浪能量消散结构，诸如防波堤、隔音壁和热交换装置。
发明内容
根据一方面，提供了一种可渗透的海绵防波堤，其包含多个双曲的双曲线抛物面、或极小的无限多面体相互连接的表面壳体、或类似于它们的任何其他形式，其形成连续的表面-结构，包围通过其中的连续的隧道。
如之前所详述的，包含多个双曲线-抛物面状壳体的实施例由任何种类的材料制成，诸如增强的混凝土、金属薄板、塑料树脂、复合材料等。
壳体可以包含混凝土、喷浆混凝土、铁矿碴水泥、纤维增强的混凝土等。
混凝土可以包含至少一种增强材料，诸如喷浆混凝土、线材(金属、塑料、复合材料…)、铁矿碴水泥、f.r.p.(纤维增强的塑料)、网格(例如，金属网格(抗腐蚀))等。
在一些实施例中，总体形状是模块化的，由几何重复的单元组成，因此能促进高效的大规模生产。
壳体可以符合各种空间几何种类的方式成形，诸如出现在立方体中；菱形；立方体居中；边居中；八角体网格结构等。
隧道可以根据两部分缠结的立方体网状物的对布置。
在一些实施例中，周期性壳体表面结构单元具有2与13之间的亏格值。
在一些实施例中，壳体具有选自图la、图1b所示的形状和其组合的形状。
壳体结构的厚度一般对应于材料的类型，在(现代性能的)增强的混凝土的情况下，壳体由7至20cm制成，而在钢或其他金属或复合材料壳体的情况下，几毫米可能足够。
限定立方体单元或周期性壳体单元的每个箱的边在1.0与12.0米之间。相关表面的亏格值越高，多面体边尺寸越短。
在一些防波堤实施例中，壳体的一部分被密封，并且一些允许空气的填充用于漂浮性。
抗腐蚀可以通过采用多种方法来获得，诸如表面上釉、用塑料材料喷镀、采用金属增强成分的阴极保护等。
壳体的一部分和被它包围的海水可以包含压载材料，从而增加结构的整体稳定性。
海绵防波堤可以进一步包含任何种类的锚固装置。
根据另一方面，提供了一种被配置为允许生产混凝土多双曲线抛物面壳体的模具。该模具可以由例如钢或混凝土或预张紧的纤维膜制成。
在一些实施例中，立方体隧道系统关于波浪正面的方向大约45°取向。
海绵防波堤可以进一步包含增强和加强装置，诸如：粱、板、环、缆绳、开口笼形加筋及其组合。
海绵防波堤可以在隧道前开口内进一步包含波浪轮机，以便开发利用波浪能量。
根据另一方面，提供了在海洋中的混凝土制作沿海工厂处制造海绵防波堤巨型块的方法，其包含：
受保护的静水区，作为制造的工厂的一部分，具有‘船坞’设施；具有模具，每个模具均被配置为允许生产(通过铸造)：混凝土多双曲线抛物面(或极小)表面壳体，并固化它们；装配弧形的壳体‘砖模块’或支撑-可移动的平台，并在为其解决漂浮之后完成巨型块的装配，且然后将漂浮的巨型块拖在一起成为连续的防波堤质量；以及根本上固定基础-锚固的防波堤。
防波堤可以被定位并被解决(取决于深测状况和水深)为以下任一：
地面附接(依靠在海床上)、用压载物或基础或两者来固定；
如果在更深的水中，桩支撑，或
如果需要或当桩支撑不相容时，漂浮并锚固。
制造船坞工厂的受保护的水区可以包含沙子(岩石)坝或沉箱墙或海绵防波堤或其组合。
海绵防波堤巨型块在制造工厂中的装配与接合可以取决于壳体材料技术。
多双曲线抛物面混凝土‘砖’壳体的接合可以根据制作的壳体材料的需要通过熟悉混凝土预制技术的多个详细方案或通过铸造或铆接或紧固或后张紧或胶粘或热焊接或焊接技术来解决。
海绵巨型块成为固体连续的接合能够基于上述方案中的任一种，或利用专门的紧固或后张紧装置或利用由多种材料制成的相互连接的套筒，所述套筒被设计为将每一个相邻巨型块的圆形边特征接合在一起。
考虑到在巨型块之间保持一定的残余柔性，海绵巨型块的接合可以被实施为通过多种详细方案来适应。为了减少内部应力或当事先考虑防波堤段在可预见的未来重定位时，这种柔性会被期望。
尽管本发明的主要动机源自对巧妙地消散水波的能量的期望，但强调的是，实质上类似的结构能够用于消散其他类型的波引起的能量，诸如隔音屏障和热交换装置。这些其他用途也在本文中被要求保护；然而，如以示例的方式，大部分详细描述将涉及防波堤。
因此，根据另一方面，提供了一种包含多双曲线抛物面壳体的结构，其中该结构选自以下组，所述组由适合于室内和室外使用的声吸收装置和隔音屏障组成。
根据又一方面，提供了包含两部分缠结的多双曲线抛物面壳体的热吸收装置。以液体或气体形式的不同媒介物可以将热转移到彼此，或从彼此吸收热，而不混合。
附图说明
图la示出了壳体表面，当与其他这种壳体接合时，一起制成连续的多双曲线抛物面表面，该壳体表面再分两个(完全相同的)两部分缠结的立方体网状物(立方体对称流型)之间的空间。
图1b示出了壳体，该壳体一起制成连续的多双曲线抛物面表面，该壳体再分两个完全相同的(两部分)‘菱形’网状物之间的空间。
图2示出了重复的菱形网状物的对称性质的壳体的结构实施例。
图3a示出了用于立方体居中和面居中的网状物的实施例。
图3b示出了用于边居中和面居中的网状物的另一实施例。
图4示出了用于立方体网状物的对称元件实施例。
图5示出了隧道实施例的立方体网格。
图6a示出了基于立方体网状物的用于防波堤实施例的正交建立的巨型块。
图6b描绘了分离式防波堤实施例，具有被建立且被建造为用于接收波浪的最初冲击的前侧和朝向岸在几十米距离处的后侧。
图7示出了用于立方体网状物壳体的类似图4中的对称元件的模块化单元，示出了壳体结构的周期性多双曲线抛物面几何形状。
图8示出了通过在拖船的帮助下拖动它们来运输漂浮的巨型块。
在图9中，巨型块被接合，并且海绵防波堤在其最终位置被示出，通过接地或桩支撑或锚固来稳定。具体实施方式
一般描述
一些实施例涉及被设计为抵抗波浪能量并产生用于各种活动的受保护的静水区的防波堤结构。
普遍的传统防波堤方案基于从自然或其人造等同物挖出-开采-挖掘的大量材料质量的动用和采用，以主要通过反射来产生对冲击波浪的作用的所需的抵抗。
可渗透的海绵防波堤代表替代方法。从传统方法产生的基本变更在于这样的事实，即海绵防波堤把其能量衰减性能归因于其空间特征，意味着其结构材料被分布在空间中的方式，而非意味着基于质量的填充材料的方案策略的采用。
可渗透的海绵防波堤的几何形状大体上代表连续的周期性海绵表面，其再分两个两部分(互补)空间网状物(或网络)。这种周期性表面可以在数学上被求解为表面，并且在有限数量的情况下(由于普遍的对称约束)被求解为连续的、光滑的多双曲线抛物面表面，意味着用一种且相同的双曲线-抛物面表面单元倾斜映射。虽然极小表面与多双曲线抛物面表面的结构性能几乎相同，但是当它被模塑制作时，多双曲线抛物面几何形状更易于实现。
各种周期性双曲线-迷宫(或无限多面体)表面是被求解为几何海绵状构造(即使不是完美的)的包络面，但是一些构造是优选的。其主要特征是其海绵状多孔-可渗透性，其可以在各种特定几何形状方案中突显其本身。
由于由突入海绵防波堤隧道系统的内部的波浪所产生的紊流/摩擦，能量衰减主要通过吸收而非反射来实现。实验室测试已经证明大约80％的波浪能量被吸收，大约10％被反射回去，并且大约10％穿过。
海绵防波堤可以在各种材料方案中被实现为固体的薄壳体结构，根据其在防波堤的横截面内的空间布置，从各种厚度的钢或塑料壳体或增强的混凝土壳体的范围变动；越靠近防波堤的前面，它们越厚-越强。当都考虑时，壳体材料质量中的混凝土的总量合计为仅在传统的基于填充材料的方案中使用水平的大约10％，并且为仅固体材料(包括岩石、泥土等)的总体积的大约3％。由于其高几何形状周期性，可渗透的海绵防波堤可以被高度工业化，其中一种类型的(壳体)足够用于其整个组成。
可渗透的海绵防波堤可以被构造为允许分段完成，以单元壳体的制作(通过铸造)开始，紧接着其装配成固体的巨型块，并且最优选地，巨型块被配置为用于到目的位置的漂浮性和可运输性(通过海洋)，用于将它们接合-固定在一起，以及由于地面附接或支撑或锚固-系泊(取决于水深度)以用作完成的防波堤。
因此，提供的不基于从自然开采的填充材料的可渗透的海绵防波堤有利于环境保护。可渗透的海绵防波堤由基于连续的双曲线表面几何形状的重复的模块化(例如增强的混凝土)壳体制成。壳体模块可以被装配-接合为单块阵列的巨型块，该巨型块与填充它们的海水(以及提供的基础-锚固)可以沿着防波堤的前长度构成多于每米3000吨的正面阻力。测试试验证明大部分波浪能量将会在壳体的可渗透海绵状迷宫中被吸收，可渗透海绵状迷宫将会充当借助于通过反复的紊流和爆裂波浪质量的共振作用的波浪动量的长时间破坏的波浪能量衰减装置。
这种防波堤的经济-工程优点可以随着海洋深度而增加，尤其当相比于传统防波堤时。
根据一方面，提供了多-双曲线-抛物面(多双曲线抛物面)壳体，其包含增强的混凝土或任何其他合适的材料。
根据另一方面，提供了包含多个海绵状可渗透壳体结构元件的刚性壳体结构。
根据又一方面，提供了被配置为允许铸造-生产混凝土多双曲线抛物面壳体的模塑件。
形态学
已经出于不同连续的周期性双曲线表面考虑了许多可能的几何形状。在最终的对比测试，为进一步研究选择两个比较对象：
A.壳体(图1b中的140)一起构建连续的多双曲线抛物面表面，其再分两个完全相同的两部分立方体网状物之间的空间(立方体对称流型)。
B.壳体(图1b中的142)一起构建连续的多双曲线抛物面表面，其再分两个完全相同的(两部分)‘菱形’网状物之间的空间。
两个表面都是在其所有点处都是双曲的(鞍状的)，略微不同于最小表面(如数学上地确定的)，因此具有类似的结构性能。
因此，在一些实施例中，防波堤或其他结构、壳体以重复单元的形式周期性地-对称地布置，诸如图2所示出的壳体1200的结构1000(一个壳体1200被隔离)。多个单元的每个阵列提供了互补的双隧道系统1220，其与相邻的壳体一起形成隧道的‘菱形’(在该实施例中)或‘立方体’网状物。
结构不同于由隧道的网状物所代表的基本特征：立方体网状物基于直且连续的隧道轴线，而菱形网状物具有以之字形阵列的形式布置的隧道的特征。
两个双曲线比较对象优于其他特定表面的选择受所选的两个表面的多个性质和特性影响，例如：
1.具有两个表面的几何形状的经验，其对称性和源于其的基本单元的多样性，这导致表面将会是合适的待选物的建议，以及
2.将这些双曲线表面转变成多双曲线抛物面表面(即，由双曲线抛物面表面单元组成的沿着接缝线维持连续性和平滑性的表面)的能力。多双曲线抛物面表面相对容易制作，因为它们简化了几何形状限定，并且在实际规模方面以及在用于模型制作和用于波浪通道的测试的减小规模方面简化了壳体的生产问题。
通过其对称元件的操纵的两个表面能够以许多方式被分为模块化单元。参见例如图3a和3b，示出了两个不同的非双曲线元件单元144、146(其将空间分为两个不完全相同的网状物，并且双曲线部分不含有任何两部分的对称轴线，因此多双曲线抛物面表面是不可能的)，并且图4中的正交布置示出了用于立方体网状物的元件140，元件140是再分两个两部分立方体网状物之间的空间的双曲线表面。
与生产地点的组织需要相关的正交性是方便的(且显著的)，所述生产地点将含有成百上千件模具、用于壳体的复杂存储和具有许多交叉交通和运输轨道的运输阵列。双曲线形状对于模具的简单设计来说是重要的。
为了第一系列测试的目的，双曲线立方体表面被选择为制成隧道的立方体网格(例如图5中的结构2000)，并且这主要考虑模型和模具的轻松生产；表面的关键区域中的曲率值；模块化单元要被组合为大的正交筑块的能力；以及其曲线边能够被很容易地增强并抵抗存储的波浪提供更多刚性的性质。
‘立方体表面’允许根据两个不同的取向建立模块化单元：
A.沿波浪正面的方向(以及，差不多沿海岸线)保持平行的正交取向。
B.隧道网状物轴线朝向波浪的正面的方向被定向45度。
被旋转45度的取向可以是优选的，因为波浪将会破坏或旋动的隧道的长度比沿正交取向长(以平方根的形式)。
明显地，这种选择对防波堤流体动力学行为有意义，并且似乎可能的是，被反射的能量的量将会更大，并且在防波堤的其他(后)侧上穿过的能量将会更少。
应用D-64 2[意思是：由平面六边形组成的菱形隧道网状物(连通-亏格＝2)；每个顶点围绕4个六边形]和C-46 3[意思是：由平面正方形组成的立方体隧道网状物(连通-亏格＝3)，每个顶点围绕6个正方形]类型的无限多面体阵列的可能性，参考菱形和立方体隧道系统，并且考虑了其对称性。似乎是，与模块化单元尺寸的类似尺度相比，双曲的双曲线单元的表面以及极限载荷(阵列上的力和应力)的尺寸将会更小，因此它们在波浪的能量衰减方面更有效。
此外，这些多面体几何形状的使用能够相当多地简化用于制造壳体模块的模具制作。
在一些实施例中，多面体混凝土单元可以由例如六角形板制成，因此相当多地简化了最终模块的铸造和堆积。
在这种情况下，由于几何简化，因此模块化单元也更紧密地堆积，这无疑对生产地点的规模和其空间使用有(积极)意义。
构造准则
在平行于波浪的前进方向的横截面中的防波堤的形状引起了多种可能性。参照图6a和图6b，研究了两个主要对比对象。
A.正交筑块3000
B.分离式防波堤(3030)，其具有前侧(3032)和朝向岸在几十米距离处的后侧(3034)，前侧(3032)被建立且被建造为用于承受波浪的最初冲击，后侧(3034)用于消散残余能量中的至少一些，并且实现执行有用的沿海功能的其他职责(3036)。
图6a还示出了传统防波堤30，传统防波堤30在衰减波浪能量方面更不有效，因此必须更高以对付高达一定高度的波浪。当波峰遭遇现有技术障碍时，波峰增强，因此防波堤30需要到达关于水面的一定调整高度，以耗尽波浪的动能。额外的高度相当多地增加了现有技术防波堤的质量。新颖筑块3000不需要这种额外高度，并且因此甚至节省了更多材料。
毫无无疑的是，从对水平力的抵抗的观点来看，比较对象“a”是优选的。分离防波堤降低了防波堤的前面对这些力的抵抗，并且可能将依赖互补的锚固基础(3037)来根本上固定防波堤。
另一方面，防波堤的后侧没有强波浪的冲击，因此使用它作为承载用于各种服务的平台(如果在程序上是期望的)的建造物(3036)。
两种结构都具有其优点，因此大部分程序性规则将会变得普遍。
模块化单元的尺寸
模块化单元的尺寸将会趋向于在抵抗波浪所需的强度和生产效率方面(模具和生产率考虑)获得最优的壳体。以下参数似乎是重要的：A.考虑由混凝土制成的壳体的示例，建立结构有效性的主要参数是壳体的曲率半径111，曲率半径111能够被表示为壳体单元的圆形横截面处的半径与模块化单元的边a(图7中的120)的尺寸的函数，考虑了限定多双曲线抛物面单元的模块化立方体。双曲线壳体在单元的圆形横截面处的1至2的半径r(图5中的110)似乎是最可能的。
B.另一重要参数是壳体的厚度t(图7中的130)与模块化单元的边a(120)的尺寸之比n，n＝t/a。
立方体表面的模块化单元(基本替换单元)的双曲线(或多双曲线抛物面)单元的面积是＝236617·a2(例如：如果a＝5m，那么s＝5915425m2)。
其中混凝土壳体的厚度t＝n·a，其体积可以被计算为如下：
v＝236617a2t＝236617·n·a3。
以体积百分比形式的构造总体结构的立方体单元体积需要的材料的相对体积＝226617·n·a3·100/a3≌236617·n。
关于不同的n值，在表1中表示了百分比体积。
表1
因此，模块化立方体中的12cm厚的混凝土壳体，其边为
a＝6.0m(n＝0.02)，其将具有百分比体积v＝236617·0.02＝4732％，并且其体积将为：
V＝236617·0.02·6≌10.222m3
因此，我们可以说，限定的立方体单元的边越大，并且在壳体的厚度保持不变的情况下，壳体的相对体积(混凝土节约)越小。另一方面，当壳体的曲率的尺寸减小时，因此所需的增强增加。
如果混凝土成分包括主增强网格/纤维(优选不可腐蚀的)而非传统的基于钢的增强网格，壳体的厚度可以被进一步减小。
在下面的章节中进一步讨论尺寸考虑。
关于可渗透的海绵防波堤的生产过程和运输与装配物流的考虑
存在用于制作并装配防波堤的重复‘块’、用于其到其‘功能地点’的运输和用于完整防波堤的现场配合-装配的多个比较对象。
许多生产和装配决策源于防波堤的预定尺寸和其构造率的限制。例如，考虑以色列地中海海岸处的典型实际环境：
A.在其西端具有20-22米的水深的～2km2的人造海岛提供保护的单个工程所需的资源和装置。
B.假设壳体的模块化单元在17m的平均深度处具有5·5·5m的尺寸，需要大约60000(+)个模块化单元。
C.10·10m的模具允许在一个铸造期间中生产4个模块化单元半部分。根据优选的实施例，壳体的厚度为10±3cm。在其从模具取出后壳体的重量为大约23吨。在一些实施例中，在所选相邻海岸地点处提供了用于制造可渗透的海绵防波堤的工厂。
D.建立合适的防波堤可以包含以下主要阶段：
1.船坞状生产工厂必须具有受保护的水区和预浇筑的混凝土工厂，具有磨具、起重机、混凝土混合与浇筑设备、固化与堆放场地等。
2.如图7所示，具有其受保护的水区的船坞状装配工厂4000将会促进由多个“组成砖”组成的巨型块的方便装配，“组成砖”相互地附接并接合以形成最大的可拖拉的“巨型块”。
3.船坞状装配工厂应当具有足够的水深，以为漂浮和拖走允许巨型块的拖曳。
4.如图8所示，通过在拖船40的帮助下拖动漂浮巨型块5000，将漂浮巨型块5000运输到其最终地点(未示出)。
5.通过现场接合并固定它们而形成集成的、刚性的、稳定的密集防波堤的‘巨型块’的分段完成的装配过程。
E.防波堤保护的人工岛的发展涉及防波堤的整体复杂的生产设施，虽然防波堤只是一个，但是是非常重要的部分。这里给出的部分数字示例意味着显示这种企业的十足重要性，这种企业将会在几十年内展开继续的发展过程。
功能水平
1.各种可渗透的海绵防波堤实施例跨越了非常通用的功能性能范围，在所有深测状况下，其都可以出现，随着改变的深度特征，从仅几米的深度到数百米深度的范围内变动。由于大部分波浪能量集中在上20-25m海洋层中(如在以色列临海的广阔区域的示例中)，海绵防波堤将覆盖(保护)该深度，同时在海平面上方突出仅5m(平均)；这确保了到达10至14m的高度的波浪的能量衰减。
2.为了这种不测事件，对于7至25m的深度状况来说防波堤质量可以依靠在海床上(地面附接且建造)，或对于20至35m深度状况来说依靠在支撑桩上，或对于大于30至40m的深度状况来说实施为漂浮-系泊的防波堤。
3.海绵防波堤的漂浮性可以通过密封下部壳体模块(并将空气泵入其内部)或通过在其内部提供可气动地充气的气球等来产生。可以断言的是，如果再漂浮是其设计性能规范的一部分(考虑其位置或布局的改变)，使用这种充气技术，能够为海绵防波堤解决再漂浮。
4.可渗透的海绵防波堤用于返回波浪的能量的相对小部分(仅～10％)，由此显著地减小结构上的力和载荷。波浪的能量的大部分(大约80％)在结构内部被吸收(用于隧道的内部内的紊流作用)。波浪的能量的非常小的部分穿过结构并从结构的后面流出(大约10％)。反射的-吸收的-穿过的能量部分之间的关系是结构的尺寸和其横截面的几何形状的函数；其双曲线表面的特征；模块化单元尺寸的尺度和产生的曲率；结构的隧道相对波浪正面的取向等；以及，当然，波浪动态(高度、周期等)的流体动力学。
5.如其横截面图示的海绵防波堤的相对体积显著地小于传统防波堤的相对体积，相对优点随着该地点处的深度的增加而增加，直至达到并超过传统防波堤(基于填充材料)变得完全不可行的深度(越过大约20至25m的深度)。
6.通过用空气部分地填充防波堤的内部体积，因此替代压载水，可以改变并且因此控制其重心的位置，在拖动-航行期间或当用作漂浮防波堤时提供稳定性，并且如果需要，支撑用于各种服务的承载平台。
7.通过厚度-重量-强度的增加或通过模块壳体砖的增加，可以逐渐地改变海绵防波堤，以向发展的需要改变并调整(尤其当被重定位时)。
8.终止作为防波堤作业的海绵防波堤段能够通过极小的投资而适合于其他功能，诸如构造和支撑平台、或作为存储箱、或作为两者。
9.通过允许一些(甚至相当多地减小的)波浪能量穿过防波堤，实现恢复作用，并且避免水停滞(在受保护区中)，因此有助于其环境质量和友好性。
10.在一些情况下，当海绵防波堤被地面附接时，一些块能够被转变为填充材料箱，由此增加其质量并改善防波堤稳定性，因此减少向下锚固-建造以完成废除的需要。为了其稳定，可以仅填充海绵防波堤的一部分，以便不损害其流体动力学行为和功能。
11.当不用作防波堤时，当被地面附接或被桩支撑或漂浮且被锚固时，模块化双曲线海绵壳体结构可以用于各种物品或材料的存储，以及用作具有竖直海堤、具有水平码头的平台，并且在码头上面建造体积，用于多种功能。
12.可渗透的海绵防波堤能够充当海礁和各种鱼(以及其他海洋植物和动物)群的栖息地，或在水产养殖的背景下充当海产养殖场。
13.可渗透的海绵防波堤能够被建造为具有前侧和后侧的“分离式”结构，前侧吸收波浪能量冲击的大部分，后侧充当用于各种城市功能的‘支撑平台’。这种布置使撞击波浪的浪花远离后面发展的城市阵列，并防止震动和颤动到达后面的结构。
14.可渗透防波堤的高度和其在海平面上方的顶部标高低于传统防波堤30(图6)，由此减少线视图的水平特征的阻碍。
结构特性
1.空间结构的设计的领域中的最基本的见解和假设是，其结构性能有效性不源于其投入的材料的量或其种类，而是源于其在空间中分布的方式。防波堤几何形状实施例的主要结构特征是其极小或多双曲线抛物面表面在其连续的壳体区域的所有点处使曲率加倍。如之前详述的，总体结构具有周期性(模块化)双曲线表面，该双曲线表面具有能够通过只设定基本模块化单元的尺寸来操纵并控制的曲率值。
2.流体动力学载荷和力的性质是，它们同时作用于防波堤结构的整个包络面上(相比于固定的集中点方式的载荷和力)并且连续不断地改变，以便遍及壳体的质量的内部产生振荡形式的应力。壳体的表面的曲率、连续性和平滑性在材料和增强投入方面影响其结构性能和效率，并且最终影响其成本效益性。防波堤的整个结构阵列能够使用增强来加强，主要在前面部分处，而那些遭受最大波浪冲击或那些遭受上面建造的体积的高载荷，因为程序性布置可能需要，能够通过增加梁、板和壳壁，使它们抵抗极其强大的海浪。防波堤能够通过嵌入在壳体的材料中或在外部沿着隧道轴线或以另外方式的预张紧缆绳来加强：当被嵌入时，直的预张紧缆绳可以沿着表面几何形状中的直线扩展，所述表面几何形状包括二重旋转对称轴线(并且将空间再分为两个完全相同的缠结隧道系统)。沿着其整个组成部分的纵向定尺寸、进程转动、横截面(高度、宽度)和壳体单元强度(壳体厚度、增强)能够被完全调节为符合设计程序和局部地点的特征的要求。
生产、装配和建立物流
由于其对称特征和产生的其壳体几何形状的模块化，海绵防波堤的高周期性水平允许非常密集的工业化过程和其壳体部件及其装配的简化。
双曲线壳体表面的基本重复单元或其各自近似物和衍生物(“无限多面体”板结构、圆柱段、组成结构等)可以具有由弧形或直段组成的周边，并且整个壳体表面可以假设不同的数学限定，其中壳体表面也是特有的多双曲线抛物面表面，由于其规定的表面特征，该壳体表面相对容易制作。
为了满足其尺寸(它本身、提升设备的功能和其运输模式)、制成模具的材料、制造的产品的材料及其应用方法、壳体的拆卸及其为了存储目的的堆放或固化(来自混凝土衍生物)方面的许多限制，能够更改模具的表面的几何形状。
制造的壳体单元彼此的装配-接合能够基于用于湿连接(诸如铸造、胶粘、焊接)和用于干连接(通过托架、夹板、螺纹、铆接和所有种类的插接方案，包括通过沿着表面歧管或其隧道系统的对称线的直轴线的缆绳的预张紧)的各种符合方法，都取决于壳体的材料和制作技术的选择。
考虑到双曲线表面能够被求解为仅遭受张力的薄膜，由预张紧的空间纤维薄膜建造模具是可能的。其优点在于其制造的简化、其轻重量和其用于运输和存储目的的可折叠性。它们能够以快速且简单的操作从铸造壳体上“剥落”，而不必摇动壳体。壳体的提早暴露可以改善并加速壳体的混凝土的固化过程。
由于为双曲线壳体的结构解决漂浮是可能的，因此能够在水上进行大部分装配操作(假如深度状况适合结构拖曳)。
壳体能够以不同的铸造或喷涂方法并且以各种厚度来设计。这可以在机体的方面以及在增强机体(诸如喷浆混凝土、用金属或塑料纤维增强的混凝土(纤维增强的混凝土)和工业网格)的方面用各种材料来实现，以制作铁矿碴水泥或铁矿碴水泥状壳体。混凝土壳体可以覆盖有环氧树脂或涂于表面并且可以进入混凝土的缝隙内的类似材料。环氧树脂可以增加防波堤的使用寿命。
海绵防波堤的执行阶段
海绵防波堤的主要执行阶段如下：
1.制造壳体单元砖；
2.将所述砖装配并接合成为漂浮的巨型块；
3.将巨型块拖动-运输到海绵防波堤的期望的作业地点；
4.在其最终位置处接合巨型块并构造海绵防波堤，同时通过接地或桩支撑或将其如在图9示意地示出的那样锚固(取决于其与局部海床相关的位置)来提供其稳定。
在更高的分解度上，每个执行阶段可以由几个间歇阶段组成。例如，
1.在“壳体单元砖”的制造之前可以构造并促进加工设备和具有受保护的操作水区的船坞设施。
加工设备和所需设施的性质可以取决于砖壳体的类型、其材料、整体重量和尺寸、固化-硬化要求等。
最终砖的固化和存储可以利用空间要求和专门设施。
2.将砖装配并接合成为漂浮的巨型块可以包含三个连续阶段：
-装配并接合巨型块的第一2至3层，同时仍在支撑漂浮生产平台(具有巨型块的地面区域)上。
-提供装配的阵列的漂浮性，并将其从支撑平台上释放，以实施为漂浮的装配地面。
-装配过程的连续，直至其完成。
-巨型块装配可以紧跟着，同时仍在“船坞”设备区域中，伴随着相邻设施和互补功能体积的构造。
3.根据设计，装配巨型块并将它们接合成为一个防波堤可以包含：
-在该地点执行所有所需的准备工作，其海床接地操纵提供桩支撑锚固方案所需的所有基础，从而提供巨型块的稳定，同时在装配-接合操作的阶段中。
-所述块关于已经装配的密集阵列的细微操纵和固定。
-接合巨型块(使用本文所描述的方案和技术中的一个或多个)。
-在巨型块结构上或内将所有附件部件接合成一个连续件。
-最终确定海绵防波堤(基础或桩-支撑或锚固-系泊)作业的稳定，增加压载材料，如果需要，倚着可能接触防波堤、边壁等的移动的船舶安装防护物、减震装置。
几何数学-拓扑周期性阵列、用于限定模块化壳体阵列的重复单元的操纵和实施
根据一方面，可渗透的海绵防波堤的表面可以被限定为周期性双曲线表面。一些实施例是“无限多面体”的衍生物。
表面可以以指定的方式连续地延伸，同时将包围的空间再分为两个(或更多个)连续的子空间，呈以接合的隧道网状物的形式。在分为两个子空间的情况下，这些网状物是两部分互补的，并且能够根据彼此相互相反地推断。
作为拓扑现象，双曲线表面的特征可以比其对称限定更在于其亏格、价和曲率，但是其对称流型也是重要的，限定了表面构造的几何周期性-重复性和模块化性质。
参照具有val.＝6的价(关于立方体对称流型)的产生的隧道网状物，应用的对象表面的亏格值的实际范围是：2≤G≤13。
周期性表面的重复区段能够接受不同的几何-数学限定，所述重复区段不含有对称元件，除了作为其周边的一部分：
极小表面；多双曲线抛物面表面，即，双曲线抛物面段的平滑的组成顺序；多面体表面，即，具有平面的周期性多面体(两个平面仅在边界边处相遇)；或甚至由圆柱形、凸面和/或双曲线段的组合构成的不连续表面。
多面体包络面的对象被限于由包络面的顶点处的角度的平均总和∑αav和顶点中的平均边价val.av-确定的范围，其中2π≤∑αav≤4π，3≤val.av≤12。
隧道网状物系统中的一个或多个可以被转变为多孔构造，因此显著地加强整体单元聚集，并且因此导致单个隧道迷宫和反射的能量的量的增加。
明显地，每个子空间隧道的体积能够被部分地分开(具有平面和弧形表面段的集成)，直至获得多孔腔室，以应付考虑的各种设计，诸如为海绵防波堤的内部内的各种物品的漂浮、压载或存储提供封闭的空间。
基本模块化单元尺寸(等于模块的边长度)实际上被限定为：
1.0m<a<12.0m。
海绵防波堤结构的应用
1.可渗透的海绵防波堤的主要应用在于实施为防波堤，并产生用于多个目的的受保护的静水区。如之前所描述的，海绵防波堤实现大约80％吸收、大约10％反射的波浪能量衰减，允许仅剩余10％穿过。
2.用于“绿色能量”生产场的承载(支撑)平台：波浪轮机；风轮机和太阳能利用，以及海洋农业，例如，鱼场或用于供给消遣活动的海洋设施。
3.用于液体、气体或大量制品/材料的箱存储支撑结构同时实施为地面附接的或桩支撑的或漂浮的结构的应用。
4.用于支撑桩、船台和能够支撑建造的居住空间及其服务设施的平台的竖直海堤构造的应用。海绵结构的内部可以充满泥沙压载材料且/或用于地下基础结构。
5.能够装配的单元解决它们从临海工厂到地点的漂浮(密封下部-内部模块的一部分并用空气填充它们)和海洋运输，因此提供了对陆地支撑系统的显著缓解和运输成本的关键性减少。
6.防波堤可以基于海床(地面附接)或桩支撑或漂浮且系泊现场装配，符合局部深测状况。
7.再次参照图9，顶部结构5000’用散布在结构5000’中的桩5040来锚固。桩5040通常从结构5000’上方插入，优选通过结构5000’中的通道(未示出)。每个桩5040均可以在其顶部具有冠状物(未示出)，以防止桩5040穿过结构5000’过量的进入结构5000’下方的底层。桩可以通过其顶部的振动而被向下驱动，直至驱动被冠状物阻止。
可以通过调平为结构5000’准备底层。调平可以包括使沙子或其他合适的填充物到结构5000’下方的区域。沙子或其他松散且稠密的材料可以被经进一步用于通过填充在下部通道中来固定结构5000’。
独一无二的性能特征
1.相比于普遍的范例，代替抵抗反射和排斥波浪，海绵防波堤仅仅消散了其中的能量。
2.材料消耗的有力节约，仅传统(填充材料)防波堤的材料的大约3至6％。
3.建立构造方法：代替运输材料与提供提升设施和明显的主要工作电力(贯穿整个构造周期)，海绵防波堤主要在沿海船坞状工厂中以深远的工业化方式构造-装配，并在从天气和海洋状况的观点来看适宜的时候作为巨型块区段被带到海洋。它是有效且有成本效益的，并从其装载量减轻了陆地内运输的基础结构。
4.能量产生：清洁-绿色的可持续能量可以通过将海绵防波堤用作承载平台来产生，该承载平台通过(沿着其正面)利用到其隧道的内部中的爆发-旋转的波浪用于波浪能量场；用于风轮机场，其中海绵防波堤作为其地面基础；以及太阳能面板场，全都合作且共享相同的服务和基础结构。
5.液体、气体或大量商品的安全存储。连续(双曲线)海绵结构的特有几何性质允许内分割和存储各种物质(包括有害且对环境不友好的物质(燃料、气体等))的多孔或连续腔室的提供、抵抗泄露的自然几何分割。
6.海洋农业：使用防波堤的腔室和隧道空间，用于发展极易获得的海洋养殖、“类天然”礁或海洋动物园。
7.用于休闲和水运动(潜水)活动以及开放的公共休憩区的设施。
8.当被桩支撑或漂浮时，海绵防波堤允许海底水流流型，因此使消极的环境影响减到最小。
9.可以由多双曲线抛物面壳体构成的其他能量消散结构：例如，隔音室或降低其噪声水平的吸声装置。
10.可以由两部分缠结的多双曲线抛物面壳体构成的各种几何等级的热交换装置结构；例如，在各种工业和化学过程中(如在空调设施中)的冷却剂。

Claims (22)

1.一种能量消散装置，其包含由周期性多双曲线抛物面极小表面形成的多个相互连接的壳体，其形成连续的结构，该结构包围通过其中的连续的隧道，形成两个相同的且缠结的系统，其中面对所述能量消散装置的能量水波分布在两个体积之间，所述两个体积即所述隧道中占据的体积和外部体积，以便显著且有效地消散能量，并且所述能量消散装置被配置成承受由所述能量水波生成的水平力。
2.根据权利要求1所述的消散装置，其由一种或更多种材料制成，所述一种或更多种材料选自混凝土、金属薄板、塑料树脂、复合材料及其组合。
3.根据权利要求2所述的消散装置，其中所述混凝土包含选自增强的混凝土、喷浆混凝土、铁矿渣水泥及其组合中的材料。
4.根据权利要求2所述的消散装置，其中所述混凝土包含选自纤维增强的混凝土、喷浆混凝土、铁矿渣水泥及其组合中的材料。
5.根据权利要求2所述的消散装置，其中所述混凝土的增强材料包含以下中的至少一种：起皱褶的金属薄板，塑料，复合材料，铁矿渣水泥，f.r.p.，由金属、塑料或复合材料制成的网格及其组合。
6.根据权利要求1所述的消散装置，其中每个壳体均是模块化的，并且所述消散装置包含几何重复的壳体，由此促进所述消散装置的高效的大规模生产。
7.根据权利要求1所述的消散装置，其中所述多个相互连接的壳体出现在以下结构的一个或更多个中：立方体菱形网格结构；立方体居中的网格结构；边居中的网格结构；以及八角体网格结构及其组合。
8.根据权利要求1所述的消散装置，其中所述隧道根据两部分缠结的立方体网状物对进行布置。
9.根据权利要求1所述的消散装置，其中所述壳体每个均独立地具有在2与13之间的亏格值。
10.根据权利要求1所述的消散装置，其中当所述壳体由增强的混凝土制成时，所述壳体具有7至20cm的厚度，而当所述壳体由金属或复合材料制成时，所述壳体具有1-10mm的厚度。
11.根据权利要求1或2所述的消散装置，其具有前侧和后侧，其中邻近所述前侧的壳体比邻近所述后侧的壳体具有更大的厚度。
12.根据权利要求1所述的消散装置，其中限定每个壳体的模块化单元的边在1.0与12.0米之间。
13.根据权利要求1所述的消散装置，其中所述壳体的一部分被配置为允许向其中填充空气，用于所述消散装置的漂浮性。
14.根据权利要求1所述的消散装置，其进一步包含选自以下组中的腐蚀保护，所述组包含：表面上釉、其上塑料材料的喷镀、和具有阴极保护的金属增强及其组合。
15.根据权利要求1所述的消散装置，其中所述壳体的一部分包含压载材料，所述压载材料增加所述消散装置在水中的总体稳定性。
16.根据权利要求1所述的消散装置，其进一步包含锚固装置。
17.根据权利要求1所述的消散装置，其进一步包含增强和加强装置，所述增强和加强装置选自粱、板、环、缆绳、开口笼形加筋及其组合。
18.根据权利要求1所述的消散装置，其进一步包含在所述隧道中的至少一部分开口内的波浪轮机，所述波浪轮机被配置为允许贮存穿过所述隧道的波浪的能量。
19.根据权利要求1所述的消散装置，其通过压载、消散装置基础、桩支撑和锚固中的一个或更多个来固定。
20.一种在海洋中使用权利要求1所述的能量消散装置的方法，所述方法包含：
在所述海洋中提供所述能量消散装置；并且
使所述隧道在所述海洋中以相对于波浪前面的方向大约45度取向或平行于波浪前面的方向取向。
21.根据权利要求20所述的方法，其中受保护的水区包含沙子坝、沉箱墙和海绵防波堤中的一个或更多个。
22.根据权利要求20所述的方法，其中壳体和/或巨型块的装配选自铸造、铆接、紧固、后张紧、胶粘、热焊接、焊接及其组合。
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