CN110219280A - 一种可伸缩浮式防波堤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可伸缩浮式防波堤，包括空心浮箱、可伸缩板箱、竖直消波板和系泊系统，空心浮箱竖直设置且空心浮箱前后两端均设置有可伸缩板箱，两个可伸缩板箱均沿空心浮箱的前后两端方向拉伸和收缩，且每个可伸缩板箱上均设有伸缩锁定机构，并贯穿若干竖直消波板，通过调整可伸缩板箱的伸缩来调整竖直消波板的距离，空心浮箱左右两端最外侧的竖直消波板上均设有垂荡板，垂荡板上方安装有气囊系统，垂荡板下方连接有系泊系统。本发明具有消波性能好、应用水域广、运输方便、布置与拆卸快捷的优点。
Description
技术领域
本发明属于防波堤技术，具体涉及一种可伸缩浮式防波堤。
背景技术
浮式防波堤是一种受系泊系统约束漂浮在水面的防浪消波设施。相比较坐底式防波堤，其施工、安置、拆卸更加快捷，可重复使用，且不受水底条件影响，布置区域广。在近岸，浮式防波堤为港口工程、船舶系泊停靠、水产养殖、近海水上体育运动遮蔽掩护出相对平稳的水域，确保掩护区域内水体循环畅通，减少泥沙淤积。而在远海，为响应国家“海洋强国，走向深蓝”的号召，深海工程快速发展。根据水波理论与实验，水体表面至其下3倍波长范围内聚集了波浪98％的能量。凭借这一原理，浮式防波堤能保证良好的消波性能，因此在深水区域满足工程要求，浮式防波堤相对于坐底式防波堤有极大的成本优势与建设可行性，机动性高，其需求也日益扩大。
目前，浮式防波堤可以较好地消除周期在5s内的波浪，但是，在海况更加严峻的远海，波浪周期分布在中长周期6-10s内，近岸尺度的浮式防波堤难以满足深海工程要求。并且如果只单纯增加防波堤宽度，则会导致经济性降低，且不易在工程中实现。
现阶段已有的消中长周期波浪的浮式防波堤较少，且为了增加堤宽，加强对中长周期波浪的消波性能，大都通过连接件连接前后各浮体单元，这种连接形式使浮式防波堤的安装与拆卸较繁琐，且施工强度大。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种可伸缩浮式防波堤，在对近岸短波有较好的消波性能的同时，该浮式防波堤也可以调节堤宽，从而对深海的中长周期波也有良好的抵御能力，且运输方便、布置拆卸快捷，施工强度小，能够应对复杂多变的海况。
技术方案：本发明的一种可伸缩浮式防波堤，包括空心浮箱、可伸缩板箱、竖直消波板和系泊系统，所述空心浮箱竖直设置且空心浮箱前后两端均设置有可伸缩板箱，两个可伸缩板箱均沿空心浮箱的前后两端方向拉伸和收缩，且每个可伸缩板箱上均设有伸缩锁定机构，并贯穿若干竖直消波板，通过调整可伸缩板箱的伸缩来调整竖直消波板的距离，空心浮箱左右两端最外侧的竖直消波板上均设有垂荡板，垂荡板上方安装有气囊系统，垂荡板下方连接有系泊系统。
进一步的，所述空心浮箱采用钢制材料制成；两组竖直消波板中，各自首尾两个竖直消波板均加厚设置；在空心浮箱上部，紧靠空心浮箱两个加厚竖直消波板之间固定有若干支撑纵梁，增强其稳固性。
为给可伸缩板箱提供伸缩的空间，除所述加厚的四块竖直消波板不掏空外，其他竖直消波板的中部均掏空；加厚的四块竖直消波板上部均设有交错相间的消浪孔；其中各个竖直消波板之间的相对位置(距离)，由可伸缩板箱调节控制。
上述加厚的四块竖直消波板可通过焊接钢板加厚至0.8m～1m，而普通竖直消波板厚度约0.4m～0.5m。
为获得适应中长周期波浪的堤宽跨度，可伸缩板箱的伸缩比为4，可伸缩板箱包括若干钢板，每个钢板均设有交错相间的消浪减轻孔；板箱贯穿若干个竖直消波板，板箱中位于竖直消波板所在平面某一高度处有圆柱形横梁，该圆柱形横梁作为转轴来支撑板箱的钢板，在其它高度处贯穿有导轨架，导轨架与竖直消波板上的导轨槽相适配，导轨架沿导轨槽移动；板箱上剩余位置的钢板铰接点均设有铰链(通过铰接各钢板，使得在板箱伸缩时，钢板可相对转动)，不与竖直消波板接触，起到连接钢板的作用。
可伸缩板箱完全拉伸后，左下至右上方向的钢板与水平面的夹角最小呈45°，以保证板箱整体有足够的厚度。可伸缩板箱收缩后，由于板箱上插有竖直消波板，左下至右上方向的钢板与水平面的夹角最大约呈80°。因此，可伸缩板箱中每个钢板安装角度在45°至80°间；左上至右下方向的钢板角度同理可得。
并且钢板的厚度约5到8cm，考虑长波抵御效果，宽度取35到39m，长度则随堤长设置可取25m。
上述消浪孔和消浪减轻孔分别沿波浪传播方向(即防波堤首尾方向)排布，且若同一直线上前一钢板设有开口，后一钢板就不设开口，或前一钢板未设开口，后一钢板就设置开口，此为防止波能直接通过同一直线上的开口穿透防波堤，消浪孔的孔径0.2m～0.3m。
进一步的，所述气囊系统提供浮力，气囊系统包括橡胶气囊、导气阀和紧固锁扣，橡胶气囊通过紧固锁扣分别与垂荡板和对应竖直消波板固定(能够约束橡胶气囊与垂荡板和首末竖直消波板的相对运动)，导气阀沿橡胶气囊外周设置。
进一步的，所述系泊系统包括系泊缆、系泊缆扣件和配重块，系泊缆一端与垂荡板下方的系泊缆扣件连接，另一端与配重块上的系泊缆扣件连接；所述系泊缆采用聚酯缆制成，并采用张紧式布置。
进一步的，所述伸缩锁定机构包括锁定钢杆、上钢杆和下钢杆，上钢杆与下钢杆分别固连于板箱中相互衔接的钢板上，处于迎背浪面的竖直消波板上部均设有开口，上钢杆与下钢杆的末端伸出开口，上钢杆与下钢杆在板箱伸缩时在开口处做旋转运动；所述上钢杆的端部设有凸出圆柱，凸出圆柱中部设有贯通口，贯通口与上钢杆间的距离为锁定钢杆的厚度；所述下钢杆的端部设有带帽长轴，且该带帽长轴与凸出圆柱同侧，带帽长轴的长度为：允许锁定钢杆横向滑移后绕轴旋转且不碰触凸出圆柱；所述锁定钢杆上开有若干圆孔，圆孔中插入有凸出圆柱，锁定钢杆与凸出圆柱过盈配合，凸出圆柱的贯通口处配有开口销，通过开口销固定锁定杠杆的水平位置。
进一步的，所述凸出圆柱上沿贯通口至上钢杆的一段裹有缓冲橡胶层，锁定钢杆与缓冲橡胶层过盈配合。
有益效果：本发明在布置防波堤时，根据作业海域周期分布，将可伸缩浮式防波堤沿首尾方向拉伸至合适宽度，对于6-10s中长周期波浪，可适当沿首尾方向拉伸浮式防波堤，以增加堤宽，充分发挥其消波性能；而对于短波可适当收缩浮式防波堤，使浮式防波堤的厚度加大，以增加入水深度，提升消波性能。
并且本发明的伸缩板箱上间隔设置的消浪孔促使波峰衰减、波能耗散吸收；在空心浮箱处的加厚竖直消波上，加厚板材实心且未掏空与开孔，这能有效避免波浪直接穿透浮式防波堤，可产生入射波作用的时间差，降低波浪透射率；竖直消波板限制水质点的运动，降低波浪透射系数；垂荡板的设置能减少浮箱主体的运动响应，避免系泊缆力过大。该浮式防波堤满足工程消波要求。
综上，本发明发明具有消波性能好、应用水域广、运输方便、布置与拆卸快捷的优点。
附图说明
图1为本发明完全拉伸后的整体结构等轴测视图。
图2为本发明的实施例主视图。
图3为本发明的实施例完全拉伸后的整体结构右视图。
图4为本发明的实施例完全拉伸后的整体结构俯视图。
图5为本发明的实施例后视图。
图6为图3中沿a-a线的剖视图。
图7为图6中C处局部放大图。
图8为图3中沿b-b线的剖视图。
图9为图8中B处局部放大图。
图10为图5中沿C-C线的剖视图。
图11为图10中A处局部放大图。
图12为本发明中伸缩锁定机构左视图(左)与背视图(右)。
图13为图12中D处局部放大图。
图14为本发明中单个板箱上钢板的局部放大图。
图15为本发明中单个竖直消波板单元及内部构件图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1至图3所示，本实施例的一种可伸缩浮式防波堤，包括空心浮箱26、可伸缩板箱6、竖直消波板4、气囊系统、伸缩锁定机构7及系泊系统。空心浮箱26的首尾部(即左右两端)分别连接可伸缩板箱6，这两个可伸缩板箱6均可沿着空心浮箱的首尾两端方向(水平方向)拉伸和收缩；每个可伸缩板箱6的水平方向上均设有伸缩锁定机构7，并贯穿若干个竖直消波板4。整个防波堤结构中，最外侧(即首末两端)的两个竖直消波板4上设有垂荡板3。气囊系统设置在垂荡板3上方。伸缩锁定机构7安装在浮式防波堤的迎背浪面，用于锁定堤宽。系泊系统与垂荡板3相连。其中，浮式防波堤所含板架构件均采用圆角过渡。
如图3和图4所示，本实施例中，空心浮箱26采用钢制材料，与空心浮箱26前后首尾部焊接的两个竖直消波板4采用加厚设置，这两个加厚竖直消波板4为实心设置且未掏空开孔，这能有效避免波浪直接穿透浮式防波堤，可产生入射波作用的时间差，降低波浪透射率。在空心浮箱26上部，位于两个加厚的竖直消波板4之间设有支撑纵梁27，加强结构强度。
如图5和图6所示，本实施例中，竖直消波板4呈矩形状且为聚丙烯材质，共设置8块(例如：空心浮箱6两端各有四块，其中从左到右，第一块、第四块、第五块和第八块均采用加厚设置)，竖直消波板4能够限制水质点运动，降低波浪透射系数。在迎浪面和背浪面与空心浮箱26处的竖直消波板4加厚，且为钢制材料，加强结构强度，加厚板材的中部不掏空且焊有垂荡板3。
如图2所示，在首末两端的两个竖直消波板4的加厚板材上部设有交错相间的消浪孔1，而其余竖直消波板4中部掏空提供板箱6伸缩的空间。竖直消波板4之间的相对位置，由固定在其上的伸缩板箱6控制。
上述需要掏空的竖直消波板4的中部完全掏空，并由对应可伸缩板箱6贯穿。如图7、9、11和15所示，每个竖直消波板4掏空的位置均设有横梁8，横梁8贯穿板箱6中钢板铰接处；另外每个竖直消波板4掏空的位置还设有导轨槽16，导轨架17两端卡在导轨槽16中，使得导轨架17可沿导轨槽16竖直滑移，导轨架17也贯穿对应板箱6中的钢板铰接处。可伸缩板箱6在收缩拉伸时，该可伸缩板箱6的厚度会变化，钢板中各铰接处的相对高度也会产生变化，从而带动导轨架17在导轨槽16中滑动。因此，相对于可伸缩板箱6，横梁8约束了对应竖直消波板4的一端，导轨架17约束了竖直消波板4的另一端，从而使得竖直消波板4对于可伸缩板箱6的相对位置固定。
本实施例中，可伸缩板箱6由钢板组成，在空心浮箱26首尾两端各安装一个，可沿空心浮箱6首尾方向拉伸和收缩，伸缩比为4，以获得适应中长周期波浪的堤宽跨度。可伸缩板箱6可在中长周期波浪条件下拉伸，增加堤宽，充分发挥其消波性能；也可在短波条件下收缩，使板箱6的整体厚度加大，增加入水深度，提升消波性能。
可伸缩板箱6的各个钢板上均设有交错相间的消浪减轻孔18，易吸收波能，提高长波下的消浪性能，减少防波堤的运动响应；并且结构的垂向透空性加大了进入结构的波能，且能有效控制系泊缆力的增加。可伸缩板箱6中的倾斜板格能促使波能沿程衰减。
如图7至图9所示，可伸缩板箱6纵向贯穿若干个竖直消波板4，同一侧的可伸缩板箱6上从上至下第二个钢板衔接处对应高度的竖直消波板4上设有圆柱形横梁8，并作为转轴支撑可伸缩板箱6的钢板，横梁8的两端设有上下两斜撑10加强横梁8的强度；同一侧的可伸缩板箱6上从下至上第二和第四个钢板铰接处贯穿有导轨架17。可伸缩板箱6上剩余位置的钢板铰接点均设有铰链，只起到连接钢板的作用，不与竖直消波板4接触。
本实施例中，气囊系统包括橡胶气囊2、导气阀24和紧固锁扣25，提供浮式防波堤的部分浮力。紧固锁扣25布置在垂荡板3与首末竖直消波板4上，约束橡胶气囊2与垂荡板3和首末竖直消波板4的相对运动。
如图12和图13所示，本实施例中，伸缩锁定机构7包括锁定钢杆9、上钢杆11与下钢杆12。上钢杆11与下钢杆12分别固连于板箱6中的相互衔接的钢板上。迎背浪面的两个竖直消波板4上部均设有开口，允许上钢杆11与下钢杆12在板箱6伸缩时旋转运动。上钢杆11的端部设有凸出圆柱14，凸出圆柱14中部设有贯通口20，贯通口20与上钢杆11间的距离为锁定钢杆9的厚度。凸出圆柱14上沿贯通口20至上钢杆11一段裹有一缓冲橡胶层21。下钢杆12的端部设有带帽长轴13，与凸出圆柱14同侧，其长度允许锁定钢杆9横向滑移后绕轴旋转且不碰触凸出圆柱14。锁定钢杆9上开有若干圆孔19，其直径允许插入凸出圆柱14，并使锁定钢杆9与缓冲橡胶层21过盈配合，从而锁定伸缩板箱6，固定堤宽。贯通口20处配有开口销15，固定锁定钢杆9的水平位置，防止锁定钢杆9横向滑出凸出圆柱14。
本实施例中，系泊系统包括系泊缆22、配重块23和系泊缆扣件5，系泊缆22一端与垂荡板3下方的系泊缆扣件5连接，另一端与配重块23上的系泊缆扣件5连接。系泊缆22为聚酯缆材质，采用张紧式布置方式，减少浮式防波堤的运动响应并提高系泊缆22的预紧力，从而获得更好的消波性能。
本发明的工作原理为：
运送该浮式防波堤时，收缩浮式防波堤，并将橡胶气囊2中的气体排出，使橡胶气囊2皱缩，便于装运移动。
布置该浮式防波堤时，先将橡胶气囊2中灌满气体，使防波堤漂浮在水面上。之后，先解锁迎浪面的伸缩锁定机构7，然后固定迎浪面的竖直消波板4，牵拉背浪面的竖直消波板4，拉伸前半部分的伸缩板箱6至合适宽度。然后锁定迎浪面的伸缩锁定机构7，解锁背浪面的伸缩锁定机构7，同样固定迎浪面的竖直消波板4，牵拉背浪面的竖直消波板4，拉伸后半部分的伸缩板箱6，使后半部分的伸缩板箱6的宽度与前半部分的一致。最后锁定背浪面的伸缩锁定机构7，堤宽固定，从而完成对浮式防波堤的堤宽调整。
解锁伸缩锁定机构7的具体步骤为，拔出伸缩锁定机构7的开口销15，将锁定钢杆9横向滑出凸出圆柱14。
锁定伸缩锁定机构7的具体步骤为，将伸缩锁定机构7的锁定钢杆9中的某一邻近开口19对准凸出圆柱14，并横向滑移锁定钢杆9，使选定开口19插入凸出圆柱14中；再将开口销15插入贯通口20扳折，固定锁定钢杆9。
Claims (9)
1.一种可伸缩浮式防波堤，其特征在于：包括空心浮箱、可伸缩板箱、竖直消波板和系泊系统，所述空心浮箱竖直设置且空心浮箱前后两端均设置有可伸缩板箱，两个可伸缩板箱均沿空心浮箱的前后两端方向拉伸和收缩，且每个可伸缩板箱上均设有伸缩锁定机构，并贯穿若干竖直消波板，通过调整可伸缩板箱的伸缩来调整竖直消波板的距离，空心浮箱左右两端最外侧的竖直消波板上均设有垂荡板，垂荡板上方安装有气囊系统，垂荡板下方连接有系泊系统。
2.根据权利要求1所述的可伸缩浮式防波堤，其特征在于：所述空心浮箱采用钢制材料制成；两组竖直消波板中，各自首尾两个竖直消波板均加厚设置；在空心浮箱上部，紧靠空心浮箱两个加厚竖直消波板之间固定有若干支撑纵梁。
3.根据权利要求2所述的可伸缩浮式防波堤，其特征在于：除所述加厚的四块竖直消波板不掏空外，其他竖直消波板的中部均掏空；加厚的四块竖直消波板上部均设有交错相间的消浪孔。
4.根据权利要求1所述的可伸缩浮式防波堤，其特征在于：所述可伸缩板箱的伸缩比为4，可伸缩板箱包括若干钢板，每个钢板均设有交错相间的消浪减轻孔，这些消浪减轻孔沿波浪传播方向排布，且若同一直线上前一钢板设有开口，则后一钢板就不设开口，若前一钢板未设开口，则后一钢板就设置开口，消浪孔的孔径为0.2m～0.3m，板箱贯穿若干个竖直消波板，板箱中位于竖直消波板所在平面某一高度处有圆柱形横梁，该圆柱形横梁作为转轴来支撑板箱的钢板，在其它高度处贯穿有导轨架，导轨架与竖直消波板上的导轨槽相适配，导轨架沿导轨槽移动；板箱上剩余位置的钢板铰接点均设有铰链。
5.根据权利要求4所述的可伸缩浮式防波堤，其特征在于：所述可伸缩板箱中的每个钢板安装角度在45°至80°间；当可伸缩板箱完全展开后，左下至右上方向的钢板与水平面的夹角最小呈45°；当可伸缩板箱收缩后，由于可伸缩板箱上插有竖直消波板，左下至右上方向的钢板与水平面的夹角最大约呈80°；其中，每个钢板的厚度为5～6cm，宽度为35～38m。
6.根据权利要求1所述的可伸缩浮式防波堤，其特征在于：所述气囊系统提供浮力，气囊系统包括橡胶气囊、导气阀和紧固锁扣，橡胶气囊通过紧固锁扣分别与垂荡板和对应竖直消波板固定，导气阀沿橡胶气囊外周设置。
7.根据权利要求1所述的可伸缩浮式防波堤，其特征在于：所述系泊系统包括系泊缆、系泊缆扣件和配重块，系泊缆一端与垂荡板下方的系泊缆扣件连接，另一端与配重块上的系泊缆扣件连接；所述系泊缆采用聚酯缆制成，并采用张紧式布置。
8.根据权利要求1所述的可伸缩浮式防波堤，其特征在于：所述伸缩锁定机构包括锁定钢杆、上钢杆和下钢杆，上钢杆与下钢杆分别固连于板箱中相互衔接的钢板上，处于迎背浪面的竖直消波板上部均设有开口，上钢杆与下钢杆的末端伸出开口，上钢杆与下钢杆在板箱伸缩时在开口处做旋转运动；所述上钢杆的端部设有凸出圆柱，凸出圆柱中部设有贯通口，贯通口与上钢杆间的距离为锁定钢杆的厚度；所述下钢杆的端部设有带帽长轴，且该带帽长轴与凸出圆柱同侧，带帽长轴的长度为：允许锁定钢杆横向滑移后绕轴旋转且不碰触凸出圆柱；所述锁定钢杆上开有若干圆孔，圆孔中插入有凸出圆柱，锁定钢杆与凸出圆柱过盈配合，凸出圆柱的贯通口处配有开口销，通过开口销固定锁定杠杆的水平位置。
9.根据权利要求8所述可伸缩浮式防波堤，其特征在于：所述凸出圆柱上沿贯通口至上钢杆的一段裹有缓冲橡胶层，锁定钢杆与缓冲橡胶层过盈配合。
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