CN107503321A - 一种板式山型防波堤 - Google Patents

Abstract

一种板式山型防波堤，包括迎浪板（1）、中间板（2）、背浪板（3）和连接结构（4），所述迎浪板（1）和中间板（2）之间形成第一隔舱（5）；所述中间板（2）和背浪板（3）之间形成第二隔舱（6）；所述连接结构（4）用于固定迎浪板（1）、中间板（2）、背浪板（3）；本专利防波堤结构简单，由板和杆组成，生产成本低，安装方便；本专利形成的山型防波堤不仅兼具水平板、垂直板与梯形隔舱的消波功能，且对称设置的斜板可同时作用于入射波与反射波，具有较好的消波效果。

Description

一种板式山型防波堤

技术领域

本专利涉及海洋工程领域，具体的说，是一种板式山型防波堤。

背景技术

由于波浪的能量主要集中在水体表层，水面以下的三倍波高的水深范围集中了全部波能的98%，因此自由水面透空式防波堤不仅具有较好的消波效果，建造成本更为低廉，且允许海水穿过结构下方产生循环流动，对自然环境破坏小，在深水养殖、浮式平台消波、海岸保护和海洋旅游等多个领域被广泛应用。

板式防波堤由于取材更为方便经济，已有许多学者相继提出多种板式防波堤，包括水平单板、可移动斜板、垂直单板等，上述类型的板式防波堤只具有单一效果，在复杂海况下，消波性能有限，若需要较好的消波性能，可采用实心式防波堤、沉箱式防波堤等，但此类防波堤结构复杂，安装不便，生产成本高。

发明内容

本专利提出一种板式山型防波堤，不仅具有较好的消波性能，且生产成本较低，安装方便。

本专利采取的技术方案是，一种板式山型防波堤，其特征在于，包括迎浪板、中间板、背浪板和连接结构，所述迎浪板和中间板之间形成第一隔舱；所述中间板和背浪板之间形成第二隔舱；所述连接结构用于固定迎浪板、中间板、背浪板。

通过连接结构连接迎浪板、中间板、背浪板，形成山字型防波堤，波浪经过防波堤时，先沿着迎浪板爬升，波长变短，波能减小，波陡增大，当波陡大于极限波陡时，波浪破碎，一部分破碎波在重力作用下沿着迎浪板下滑，另一部分无法穿过中间板的波收受到中间板的反射作用，掉入第一隔舱，减少透射波产生。

当波浪波高和波能更大时，波浪在越过中间板时，波浪在中间板顶端破碎，形成的破碎波一部分会落入第二隔舱，另一部分沿着背浪板向下滑；第二隔舱进一步抑制了透射波的产生，沿背浪板下滑的波浪，势能逐渐降低，减小对防波堤后方的水域的影响。

本技术方案中，第一隔舱和第二隔舱在防波过程中起到了阻尼器的作用，逐渐消耗落入其中的波浪的波能，减少透射波的产生，具有较好的消波效果。

进一步地，所述迎浪板、背浪板与水平面的夹角α为10°至50°。

从流体模拟计算结果可知，位于水下的迎浪板、背浪板倾斜角度为30°时，具有较好的消波效果，且倾斜板兼具水平板破波与垂直板反射波浪的功能。因此，理想状态下，设定迎浪板、背浪板与水平面的夹角α为10°至50°，夹角α可根据当地波浪条件进行调整。

进一步地，所述第一隔舱、第二隔舱均为梯形通道，所述梯形通道的底边为中间板的高度的1至1.5倍。

第一隔舱、第二隔舱均为梯形通道，为上窄下宽的隔舱，可以进一步抑制内部流体的向上运动，在隔舱内呈现整体往下流动的趋势，这使得入射波与反射波在传播至防波堤时，改变流动方向，形成不同尺度的涡结构，加速波浪能耗散，达到消波目的。

进一步地，所述迎浪板、中间板和背浪板的下沿保持在同一平面上；所述中间板的顶端高于迎浪板、背浪板的上沿。

为了保证山型防波堤能平浮在水面或通过浮标装置等正浮在水中，保持迎浪板、中间板和背浪板的下沿在同一平面上，有利于实现此目的。中间板高于迎浪板和背浪板，形成山型结构，对于不同波高波浪，不同高度的板可以对应达到破碎波浪的目的。

进一步地，所述防波堤的入水深度为迎浪板或背浪板高度的二分之一，即水平面位于迎浪板和背浪板的中点位置。

从流体模拟计算结果可知，当迎浪板和背浪板的中点位于水面时，入射波、反射波与第一隔舱、第二隔舱内部的海水均可沿斜板往上或往下流动，提高斜板的导流效果，进一步提高消波效果。

进一步地，所述迎浪板、中间板、背浪板为具有空腔结构的板或实心板。

当迎浪板、中间板、背浪板为具有空腔结构的板时，整个防波堤的结构重量较小，在水面收到的浮力大于重力，防波堤能漂浮在水面，在实际工作中，利用系泊线安装在海面上，需要调节防波堤入水深度时，只需要相应调节系泊线长度即可，操作方便。

当迎浪板、中间板、背浪板为实心板时，工艺简单，但防波堤整体较重，可以将防波堤安装在浮箱等浮式结构上，也可采用结构固定的桩体连接在海底，实现防波消波效果。

进一步地，所述连接结构包括主稳固装置和辅助稳固装置；所述主稳固装置、辅助稳固装置均用于同时固定迎浪板、中间板和背浪板。

进一步地，所述主稳固装置包括上水平杆和下水平杆；所述上水平杆用于同时固定迎浪板的顶部、中间板中部和背浪板底部；所述下水平杆用于同时固定迎浪板的底部、中间板底部和背浪板底部。

主稳固装置至少包括上水平杆和下水平杆，但在某些波高较高的水域，需要设置的防波堤尺寸较大时，可以在上下水平杆之间增设多跟水平杆，以增强结构，避免结构失稳，提高稳定性。

下水平杆与迎浪板、中间板、背浪板的底部固定，保证迎浪板、中间板和背浪板的下沿在同一平面上。

进一步地，所述辅助稳固装置将防波堤在迎浪方向的两侧形成多个三角形。

形成的三角框架，一方面，三角形更框架用材少，结构更稳定；另一方面，在受到波浪冲击时，三角框架相比于板式结构受压小，使用寿命更长。

进一步地，所述迎浪板与背浪板相对于中间板对称布置。

对称布置的目的在于，对于整个防波提结构而言，迎浪板与背浪板位置和受力相对平衡，长期承受波浪冲击，防波堤使用寿命更长。

实际使用中，可根据当地波浪条件与消波需求调整迎浪板、中间板、背浪板的尺寸，使当地年平均有效波高小于防波堤整体高度，年平均波长小于防波堤2倍宽度，保证水域趋于平静。

其次，本专利防波堤可以按照海岸线形状设置多个，每个防波堤的长度、宽度保持一致，一方面，相邻两个防波堤连接；另一方面，方便标准化生产，降低生产成本。

与现有技术相比，本专利提供的一种板式山型防波堤，具有以下优点：

1、 通过流体模拟计算结果可知，本专利形成的隔舱，具有阻尼器的作用，具有较好的消波效果；

2、 本专利技术方案的防波堤结构简单，由板和杆组成，生产成本低，安装方便；

3、 本专利技术方案中板的厚度、角度、宽度、长度及距离等都可以根据现场海况进行调节，产生的附加费用少，实用性高。

附图说明

图1为本专利的三维结构图。

图2为本专利的正视图。

图3为本专利在不同波长L与防波堤宽度W比值下，数值模拟得到防波堤入射波与透射波波高随时间变化图；

图4为本专利数值模拟得到的波浪穿透山字型防波堤的过程示意图。

图5为本专利中波浪沿斜板往上爬升时周围速度场结构图。

图6为本专利中波浪沿斜板往下流动时周围速度场结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本专利的具体实施方式作进一步的说明。

本专利实施例附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

如图1所示，本专利采取的技术方案是，一种板式山型防波堤，其特征在于，包括迎浪板1、中间板2、背浪板3和连接结构4，所述迎浪板1和中间板2之间形成第一隔舱5；所述中间板2和背浪板3之间形成第二隔舱6；所述连接结构4用于固定迎浪板1、中间板2、背浪板3；所述迎浪板1、中间板2、背浪板3为具有空腔结构的板或实心板；所述连接结构4包括主稳固装置41和辅助稳固装置42；所述主稳固装置41、辅助稳固装置42均用于同时固定迎浪板1、中间板2和背浪板3。

上水平杆411用于同时固定迎浪板1的顶部、中间板2中部和背浪板3底部；下水平杆412用于同时固定迎浪板1的底部、中间板2底部和背浪板3底部。

本专利的具体消波原理如下：

通过连接结构4连接迎浪板1、中间板2、背浪板3，形成山字型防波堤，当波浪开始接触防波堤，首先沿迎浪板1的斜面往上爬升，波长变短，波能减小，波陡增大，当波陡大于极限波陡时，在迎浪板1顶端发生破碎，一部分破碎波在重力作用下沿着迎浪板1下滑，另一部分波浪受到中间板2的反射作用，无法越过中间板2顶端的波浪会掉入第一隔舱5。

当波浪波高和波能更大时，波浪在越过中间板2时，波浪在中间板2顶端破碎，形成的破碎波一部分会落入第二隔舱6，另一部分沿着背浪板3向下滑，进一步抑制了透射波传播，沿背浪板3下滑的波浪，势能逐渐降低，减小对防波堤后方的水域的影响。

总的来说，本专利的防波堤中第一隔舱5和第二隔舱6起到了阻尼器的作用,因此具有较好的消波效果。

如图2所示，浪板1、中间板2和背浪板3的下沿保持在同一平面上，中间板2的顶端高于迎浪板1、背浪板3的上沿；中间板2与下水平杆412垂直，迎浪板1与背浪板3相对于中间板2对称布置；迎浪板1、背浪板3与水平面的夹角α为30°；第一隔舱5、第二隔舱6横截面为直角梯形，直角梯形的底边为中间板2的高度的1至1.5倍。

从图3、图4可知，通过流体模拟计算结果可知，位于水下的迎浪板1、背浪板3倾斜角度为30°时，具有较好的消波效果，且倾斜板兼具水平板破波与垂直板反射波浪的功能。

第一隔舱5、第二隔舱6横截面为直角梯形，为上窄下宽的隔舱，可以进一步抑制内部流体的向上运动，在隔舱内呈现整体往下流动的趋势，这使得入射波与反射波在传播至防波堤时，改变流动方向，形成不同尺度的涡结构，加速波浪能耗散，达到消波目的。

由图5和图6可知，迎浪板1和背浪板3的斜板结构在抑制波浪上不仅发挥了类似水平板使波浪破碎的功能，以及迎浪板1与中间板2形成第一隔舱5、中间板2与背浪板3形成第二隔舱6的功能，并且起到了双向导流板的功能，不仅使上方波浪沿迎浪板1爬升，至顶端破碎，下方流体也会沿迎浪板1爬升至顶端破碎形成隔舱，并且破碎后的波浪会改变方向在重力作用下沿着迎浪板1或背浪板3往下流动。其次，第一隔舱5和第二隔舱6的上端开口小，下端开口大，进一步抑制内部流体的向上运动，在隔舱内呈现处整体往下流动的趋势，这使得入射波与反射波在传播至防波堤时，改变流动方向，形成不同尺度的涡结构，加速波浪能耗散，达到消波目的。

显然，本专利虽然以上述实施例公开，但并不是对本专利的限定。任何本领域的普通技术人员在不脱离本专利的精神和范围内，在上述说明的基础上都可以做出可能的变化和修改。因此，本专利的保护范围应当以本专利的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种板式山型防波堤，其特征在于，包括迎浪板（1）、中间板（2）、背浪板（3）和连接结构（4），所述迎浪板（1）和中间板（2）之间形成第一隔舱（5）；所述中间板（2）和背浪板（3）之间形成第二隔舱（6）；所述连接结构（4）用于固定迎浪板（1）、中间板（2）、背浪板（3）。

2.根据权利要求2所述的一种板式山型防波堤，其特征在于，所述迎浪板（1）、背浪板（3）与水平面的夹角α为10°至50°。

3.根据权利要求1所述的一种板式山型防波堤，其特征在于，所述第一隔舱（5）、第二隔舱（6）均为梯形通道，所述梯形通道的底边为中间板（2）的高度的1至1.5倍。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种板式山型防波堤，其特征在于，所述迎浪板（1）、中间板（2）和背浪板（3）的下沿保持在同一平面上；所述中间板（2）的顶端高于迎浪板（1）、背浪板（3）的上沿。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种板式山型防波堤，其特征在于，所述防波堤的入水深度为迎浪板（1）或背浪板（3）高度的二分之一，即水平面位于迎浪板（1）和背浪板（3）的中点位置。

6.根据权利要求1至5所述的一种板式山型防波堤，其特征在于，所述迎浪板（1）、中间板（2）、背浪板（3）为具有空腔结构的板或实心板。

7.根据权利要求1所述的一种板式山型防波堤，其特征在于，所述连接结构（4）包括主稳固装置（41）和辅助稳固装置（42）；所述主稳固装置（41）、辅助稳固装置（42）均用于同时固定迎浪板（1）、中间板（2）和背浪板（3）。

8.根据权利要求7所述的一种板式山型防波堤，其特征在于，所述主稳固装置（41）包括上水平杆（411）和下水平杆（412）；所述上水平杆（411）用于同时固定迎浪板（1）的顶部、中间板（2）中部和背浪板（3）底部；所述下水平杆（412）用于同时固定迎浪板（1）的底部、中间板（2）底部和背浪板（3）底部。

9.根据权利要求7所述的一种板式山型防波堤，其特征在于，所述辅助稳固装置（42）将防波堤在迎浪方向的两侧形成多个三角形。

10.根据权利要求1至8任一项所述的一种板式山型防波堤，其特征在于，所述迎浪板（1）与背浪板（3）相对于中间板（2）对称布置。