CN110457847A - 浮式防波堤设计参数确定方法 - Google Patents

浮式防波堤设计参数确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种浮式防波堤设计参数确定方法，属于浮式防波堤技术领域。本发明提供的浮式防波堤设计参数确定方法，基于预先设定的浮式防波堤的结构，通过消浪试验统计不同的设计参数与消浪性能之间的对应关系；根据浮式防波堤的使用地点的波浪环境，确定浮式防波堤所需的消浪性能；根据浮式防波堤所需的消浪性能，以及设计参数与消浪性能之间的对应关系，确定浮式防波堤的设计参数，因此可以提高浮式防波堤的消浪效果与实际使用需求的匹配度，在不影响使用的情况下，降低成本。

Description

浮式防波堤设计参数确定方法
技术领域
本发明涉及浮式防波堤技术领域，具体而言，涉及一种浮式防波堤设计参数确定方法。
背景技术
防波堤作为一种传统的海岸工程结构物，主要起到降低波浪透射系数，改善港池泊稳条件，掩护指定水域的作用。浮式防波堤因其修建成本低，不受海底地质条件限制，修建迅速，拆迁方便等特点在较深水区域得以广泛使用。
目前现有的浮式防波堤由于无法根据实地情况进行设计，因此浮式防波堤的消浪效果无法与实际使用需求相匹配。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种浮式防波堤设计参数确定方法，可以提高浮式防波堤的消浪效果与实际使用需求的匹配度。
第一方面，本发明实施例提供了一种浮式防波堤设计参数确定方法，包括：
基于预先设定的浮式防波堤的结构，通过消浪试验统计不同的设计参数与消浪性能之间的对应关系；
根据浮式防波堤的使用地点的波浪环境，确定浮式防波堤所需的消浪性能；
根据浮式防波堤所需的消浪性能，以及设计参数与消浪性能之间的对应关系，确定浮式防波堤的设计参数。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述浮式防波堤的设计参数包括所述浮式防波堤的浮箱高度、所述浮式防波堤的浮箱的相对宽度或所述浮式防波堤的翼板高度与浮箱的宽度比。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，基于预先设定的浮式防波堤的结构，通过消浪试验统计不同的设计参数与消浪性能之间的对应关系的步骤，包括：
基于预先设定的浮式防波堤的结构，制作浮箱高度不同的浮式防波堤模型；
将各个浮式防波堤模型依次置于不同波高、周期的模拟波浪环境中，通过消浪试验统计不同的浮箱高度与消浪性能之间的对应关系。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，基于预先设定的浮式防波堤的结构，通过消浪试验统计不同的设计参数与消浪性能之间的对应关系的步骤，包括：
基于预先设定的浮式防波堤的结构，制作浮箱的相对宽度不同的浮式防波堤模型；
将各个浮式防波堤模型依次置于不同波高、周期的模拟波浪环境中，通过消浪试验统计不同的浮箱的相对宽度与消浪性能之间的对应关系。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，基于预先设定的浮式防波堤的结构，通过消浪试验统计不同的设计参数与消浪性能之间的对应关系的步骤，包括：
基于预先设定的浮式防波堤的结构，制作翼板高度与浮箱的宽度比不同的浮式防波堤模型；
将各个浮式防波堤模型依次置于不同波高、周期的模拟波浪环境中，通过消浪试验统计不同的翼板高度与浮箱的宽度比与消浪性能之间的对应关系。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，将各个浮式防波堤模型依次置于不同波高、周期的模拟波浪环境的步骤之前，所述方法还包括：
搭建用于模拟波浪环境的试验系统；
在所述试验系统中，制造不同波高、周期的模拟波浪环境。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，根据浮式防波堤的使用地点的波浪环境，确定浮式防波堤所需的消浪性能的步骤，包括：
根据浮式防波堤的使用地点的波浪环境，确定浮式防波堤在正常天气所需达到的第一消浪性能和所述浮式防波堤在极端天气所需达到的第二消浪性能。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述浮式防波堤的消浪性能采用所述浮式防波堤的透射系数表示。
结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，根据浮式防波堤所需的消浪性能，以及设计参数与消浪性能之间的对应关系，确定浮式防波堤的设计参数的步骤，包括：
根据浮式防波堤所需达到的第一消浪性能，以及浮式防波堤的相对宽度与消浪性能之间的对应关系，确定浮式防波堤的相对宽度；
判断确定的相对宽度是否使浮式防波堤满足第二消浪性能；
如果是，根据确定的相对宽度确定所述浮式防波堤的宽度。
结合第一方面的第八种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
如果确定的相对宽度不能使浮式防波堤满足第二消浪性能，调整所述第一消浪性能，重新确定浮式防波堤的相对宽度。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的浮式防波堤设计参数确定方法，基于预先设定的浮式防波堤的结构，通过消浪试验统计不同的设计参数与消浪性能之间的对应关系；根据浮式防波堤的使用地点的波浪环境，确定浮式防波堤所需的消浪性能；根据浮式防波堤所需的消浪性能，以及设计参数与消浪性能之间的对应关系，确定浮式防波堤的设计参数，因此可以提高浮式防波堤的消浪效果与实际使用需求的匹配度，在不影响使用的情况下，降低成本。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的浮式防波堤设计参数确定方法的流程图；
图2为本发明一实施例所使用的浮式防波堤的结构示意图；
图3为本发明一实施例所使用的浮式防波堤的断面图；
图4为本发明一实施例所提供的一种浮式防波堤消浪试验的试验环境示意图；
图5为本发明一实施例所提供的浮式防波堤的设计参数与透射系数的关系曲线图。
图标：1-浮箱；2-翼板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
防波堤作为一种传统的海岸工程结构物，主要起到降低波浪透射系数，改善港池泊稳条件，掩护指定水域内建筑物、船舶等不受波浪侵蚀的作用。传统防波堤在材料的使用上有许多不合理的地方，不能很好地吻合波能分布规律。如，在波能最大的地方，使用的材料最少，而在波能最小的地方，使用的材料最多。传统坐底式防波堤的造价也比较昂贵，随着水深的增加，防波堤的造价也呈几何倍数增长，施工也会变得更加困难。更糟糕的是，在保护港区内，传统防波堤限制了水的自然循环，使得港内很容易产生泥沙淤积，海岸线变化和水污染。
浮式防波堤是根据波浪量能量主要集中在水体表层的原理，建造漂浮在水面上的一种减浪结构物。它具有安装快捷、拆装方便、取材容易、无须进行地基处理、工程造价低等诸多优点。既可广泛应用于深水建港、海上临时围护、人工海水浴场、深水水产养殖等国民经济、民生领域，也可应用于人工临时军港快速搭建、开放海域岛礁维权补给保障等国防安全领域，具有广泛的应用前景和巨大的市场空间。
然而从现有浮式防波堤的应用情况来看，目前浮式防波堤缺乏实用的设计方法，特别是没有针对性地根据实地情况进行设计，基本上是套用现有港口浮式防波堤的设计参数。然而，每个港口有其特殊的自然条件，因此，现有浮式防波堤基本无法与实际使用需求相匹配，实用效果较差。
综上，针对现有的浮式防波堤的消浪效果无法与实际使用需求相匹配问题，本发明实施例提供了一种浮式防波堤设计参数确定方法，可以提高浮式防波堤的消浪效果与实际使用需求的匹配度。以下结合具体实施例对本发明实施例提供的浮式防波堤设计参数确定方法进行详细介绍。
图1为本发明实施例所提供的浮式防波堤设计参数确定方法的流程图；如图1所示，本发明实施例提供的浮式防波堤设计参数确定方法包括如下步骤：
步骤S102，基于预先设定的浮式防波堤的结构，通过消浪试验统计不同的设计参数与消浪性能之间的对应关系。
其中，浮式防波堤的一种预先设定的结构如图2所示，包括浮箱1和设置在浮箱1下方的翼板2。翼板2为一长方形板，沿浮箱1的长度方向设置，为增加翼板的抗弯强度，可以在翼板与浮箱1的底板间增加三角形的肋板。浮式防波堤的设计参数可以包括浮式防波堤的浮箱高度、浮式防波堤的浮箱的相对宽度或浮式防波堤的翼板高度与浮箱的宽度比中的任意一个参数或任意参数的组合。
以下以浮式防波堤的设计参数为浮式防波堤的浮箱的相对宽度为例进行说明。如图3所示，浮箱的相对宽度W/L指浮箱的宽度W与波浪的波长L的比值。
基于预先设定的浮式防波堤的结构，制作浮箱宽度不同的浮式防波堤模型；搭建用于模拟波浪环境的试验系统，包括试验水池或水槽等。在试验水池或水槽中，采用造波机制造不同波高、周期的波浪环境，如图4所示。将各个浮式防波堤模型依次置于不同波高、周期的模拟波浪环境中，通过消浪试验统计不同的浮箱的相对宽度与消浪性能之间的对应关系。浮式防波堤的消浪性能采用浮式防波堤的透射系数KT表示，其中，透射系数KT为透射波高与入射波高的比值。透浪系数KT理论上取值范围为[0，1]，透浪系数的值越小说明浮式防波堤模型的消浪效果越强，透浪系数的值越大说明浮式防波堤模型的消浪效果越弱。
可选的，试验可采用规则波也可以采用不规则波进行。其中，透射波高和入射波高可通过布置在试验模型前后的浪高仪测定并分析得到。可选的，上述透射波高可通过波浪2点或者3点的入、反射分离法分析得到。
通过试验，得到透浪系数KT随浮箱相对宽度(W/L)的变化曲线如图5所示。
如果浮式防波堤的设计参数为浮式防波堤的浮箱高度，则基于预先设定的浮式防波堤的结构，制作浮箱高度不同的浮式防波堤模型；搭建用于模拟波浪环境的试验系统；在试验系统中，制造不同波高、周期的模拟波浪环境。将各个浮式防波堤模型依次置于不同波高、周期的模拟波浪环境中，通过消浪试验统计不同的浮箱高度与消浪性能之间的对应关系。
如果浮式防波堤的设计参数为浮式防波堤的翼板高度与浮箱的宽度比，则基于预先设定的浮式防波堤的结构，制作翼板高度与浮箱的宽度比不同的浮式防波堤模型；搭建用于模拟波浪环境的试验系统；在试验系统中，制造不同波高、周期的模拟波浪环境。将各个浮式防波堤模型依次置于不同波高、周期的模拟波浪环境中，通过消浪试验统计不同的翼板高度与浮箱的宽度比与消浪性能之间的对应关系。
步骤S104，根据浮式防波堤的使用地点的波浪环境，确定浮式防波堤所需的消浪性能。
根据浮式防波堤的使用地点的波浪环境，确定浮式防波堤在正常天气所需达到的第一消浪性能和浮式防波堤在极端天气所需达到的第二消浪性能。
例如，浮式防波堤的使用地点是某海湾，测量统计该海湾在正常天气下的小浪波长和在极端天气下的大浪波长。根据测量数据和水深条件，确定浮式防波堤在正常天气所需达到的第一消浪性能需达60％以上，在极端天气所需达到的第二消浪性能需达40％以上。
步骤S106，根据浮式防波堤所需的消浪性能，以及设计参数与消浪性能之间的对应关系，确定浮式防波堤的设计参数。
仍以浮式防波堤的设计参数为浮式防波堤的相对宽度为例进行说明，根据浮式防波堤所需达到的第一消浪性能，以及浮式防波堤的相对宽度与消浪性能之间的对应关系，确定浮式防波堤的相对宽度；判断确定的相对宽度是否使浮式防波堤满足第二消浪性能；如果是，根据确定的相对宽度确定浮式防波堤的宽度；如果否，调整第一消浪性能，重新确定浮式防波堤的相对宽度。
例如，如果第一消浪性能需达60％以上，即对应的波浪的透浪系数要求为(KT)60％≤0.4。第二消浪性能需达40％以上，即对应的波浪的透浪系数要求为(KT)40％≤0.6。确定浮式防波堤的浮箱的宽度W的步骤如下：
(1)由(KT)60％≤0.4的要求，通过图5所示的消浪性能曲线反推出建议的宽度比(W/L)60％，通过大浪所对应的周期结合水深条件计算相应的大浪波长L60％，从而计算出W60％。
(2)根据小浪所对应的周期结合水深条件计算相应的小浪波长L40％，从而计算出小浪对应的宽度比(W/L)40％。
(3)通过图5所示的消浪性能曲线，反查出(W/L)40％所对应的波浪透射系数(KT)40％。
(4)将(KT)40％与0.4进行比较。如果(KT)40％≤0.4，则满足要求，那么浮式防波堤的相对宽度W/L可确定为(1)中初始设定的值(W/L)60％，进而计算出相应的其它结构外形尺寸。如果(KT)40％>0.4，则不符合要求，需进一步增大(W/L)60％，再循环上述(1)～(4)的过程，并最终得出合理的结构外形尺寸。
如果浮式防波堤的设计参数为浮式防波堤的浮箱高度，根据浮式防波堤所需达到的第一消浪性能，以及浮式防波堤的浮箱高度与消浪性能之间的对应关系，确定浮式防波堤的浮箱高度；判断确定的浮箱高度是否使浮式防波堤满足第二消浪性能；如果是，根据确定的浮箱高度和预先设定的结构确定浮式防波堤的其它结构尺寸；如果否，调整第一消浪性能，重新确定浮式防波堤的浮箱高度。
如果浮式防波堤的设计参数为浮式防波堤的翼板高度与浮箱的宽度比，根据浮式防波堤所需达到的第一消浪性能，以及浮式防波堤的翼板高度与浮箱的宽度比与消浪性能之间的对应关系，确定浮式防波堤的翼板高度与浮箱的宽度比；判断确定的浮式防波堤的翼板高度与浮箱的宽度比是否使浮式防波堤满足第二消浪性能；如果是，根据确定的浮式防波堤的翼板高度与浮箱的宽度确定浮式防波堤的其它结构尺寸；如果否，调整第一消浪性能，重新确定浮式防波堤的翼板高度与浮箱的宽度比。
本发明实施例提供的浮式防波堤设计参数确定方法，基于预先设定的浮式防波堤的结构，通过消浪试验统计不同的设计参数与消浪性能之间的对应关系；根据浮式防波堤的使用地点的波浪环境，确定浮式防波堤所需的消浪性能；根据浮式防波堤所需的消浪性能，以及设计参数与消浪性能之间的对应关系，确定浮式防波堤的设计参数，因此可以提高浮式防波堤的消浪效果与实际使用需求的匹配度，且，在不影响使用的情况下，降低成本。
需要说明的是，在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种浮式防波堤设计参数确定方法，其特征在于，包括：
基于预先设定的浮式防波堤的结构，通过消浪试验统计不同的设计参数与消浪性能之间的对应关系；
根据浮式防波堤的使用地点的波浪环境，确定浮式防波堤所需的消浪性能；
根据浮式防波堤所需的消浪性能，以及设计参数与消浪性能之间的对应关系，确定浮式防波堤的设计参数。
2.根据权利要求1所述的浮式防波堤设计参数确定方法，其特征在于，所述浮式防波堤的设计参数包括所述浮式防波堤的浮箱高度、所述浮式防波堤的浮箱的相对宽度或所述浮式防波堤的翼板高度与浮箱的宽度比。
3.根据权利要求1所述的浮式防波堤设计参数确定方法，其特征在于，基于预先设定的浮式防波堤的结构，通过消浪试验统计不同的设计参数与消浪性能之间的对应关系的步骤，包括：
基于预先设定的浮式防波堤的结构，制作浮箱高度不同的浮式防波堤模型；
将各个浮式防波堤模型依次置于不同波高、周期的模拟波浪环境中，通过消浪试验统计不同的浮箱高度与消浪性能之间的对应关系。
4.根据权利要求1所述的浮式防波堤设计参数确定方法，其特征在于，基于预先设定的浮式防波堤的结构，通过消浪试验统计不同的设计参数与消浪性能之间的对应关系的步骤，包括：
基于预先设定的浮式防波堤的结构，制作浮箱的相对宽度不同的浮式防波堤模型；
将各个浮式防波堤模型依次置于不同波高、周期的模拟波浪环境中，通过消浪试验统计不同的浮箱的相对宽度与消浪性能之间的对应关系。
5.根据权利要求1所述的浮式防波堤设计参数确定方法，其特征在于，基于预先设定的浮式防波堤的结构，通过消浪试验统计不同的设计参数与消浪性能之间的对应关系的步骤，包括：
基于预先设定的浮式防波堤的结构，制作翼板高度与浮箱的宽度比不同的浮式防波堤模型；
将各个浮式防波堤模型依次置于不同波高、周期的模拟波浪环境中，通过消浪试验统计不同的翼板高度与浮箱的宽度比与消浪性能之间的对应关系。
6.根据权利要求3～5中任一项所述的浮式防波堤设计参数确定方法，其特征在于，将各个浮式防波堤模型依次置于不同波高、周期的模拟波浪环境的步骤之前，所述方法还包括：
搭建用于模拟波浪环境的试验系统；
在所述试验系统中，制造不同波高、周期的模拟波浪环境。
7.根据权利要求2所述的浮式防波堤设计参数确定方法，其特征在于，根据浮式防波堤的使用地点的波浪环境，确定浮式防波堤所需的消浪性能的步骤，包括：
根据浮式防波堤的使用地点的波浪环境，确定浮式防波堤在正常天气所需达到的第一消浪性能和所述浮式防波堤在极端天气所需达到的第二消浪性能。
8.根据权利要求7所述的浮式防波堤设计参数确定方法，其特征在于，所述浮式防波堤的消浪性能采用所述浮式防波堤的透射系数表示。
9.根据权利要求8所述的浮式防波堤设计参数确定方法，其特征在于，根据浮式防波堤所需的消浪性能，以及设计参数与消浪性能之间的对应关系，确定浮式防波堤的设计参数的步骤，包括：
根据浮式防波堤所需达到的第一消浪性能，以及浮式防波堤的相对宽度与消浪性能之间的对应关系，确定浮式防波堤的相对宽度；
判断确定的相对宽度是否使浮式防波堤满足第二消浪性能；
如果是，根据确定的相对宽度确定所述浮式防波堤的宽度。
10.根据权利要求9所述的浮式防波堤设计参数确定方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果确定的相对宽度不能使浮式防波堤满足第二消浪性能，调整所述第一消浪性能，重新确定浮式防波堤的相对宽度。
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