CN115162264B - 一种自适应移动式翼型浮式防波堤 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自适应移动式翼型浮式防波堤，包括异形消波箱体、移动式挡浪板和锚固系统，异形消波箱体内通过调整配重来改变箱体的整体密度，异形消波箱体构型上表面设置成下凹形，波浪在异形消波箱体的上表面向后涌进时，增加了爬行的路径；移动式挡浪板，安装于异形消波箱体的两侧，用于对波浪进行反射破碎、摩擦、扰动；锚固系统锚固于异形消波箱体上。该浮式防波堤，有效利用了波浪对结构的作用，以“动”治“动”，保护结构自身安全的同时增强了结构的消浪性能，通过预制化构件，易于施工、维修，对不同海况适应性强。

Description

一种自适应移动式翼型浮式防波堤

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种自适应移动式翼型浮式防波堤。

背景技术

海洋具有丰富的波浪资源，随着对海洋资源的开发和利用，人们建造了大量的海洋工程、海岸设施。面对复杂多变的海洋环境，尤其是极端波浪作用，给海洋结构的建造带来了挑战。防波堤能够阻挡外海波浪的侵袭，提供平稳、安全的作业水域，保护海岸建造物免受巨浪的破坏。防波堤作为一种重要的港口与海岸工程防护建筑物得到了大力发展。常见的防波堤主要包括传统座底式防波堤以及浮式防波堤这两种型式。相比于传统座底式防波堤，由于浮式防波堤具有造价低、易于安装拆卸、具有较好的水体交互性能等优点，近些年来，得到了人们的持续关注。

由于波能大部分集中在水面2-3倍波高的水层范围内，所以浮式防波堤通常由锚链锚固在水面附近，同时具有一定的自由度。在波浪与浮式防波堤的相互作用过程中，对波浪的反射破碎、摩擦、扰动，从而实现防波、消能的作用。但是现存的浮式防波堤，也存在许多限制因素，如应用较多的箱型浮式防波堤，具有耗材量巨大、施工难度大、结构的维修与更换困难的缺点，除此之外，对于长周期波浮式防波堤消波效果较差，同时产生较大的锚链力，给锚固系统的安全带来巨大的威胁。

因此，为了进提升浮式防波堤消浪的效率，同时保证结构在恶劣海况下结构的安全性、耐久性，亟需研发一种新型结构型式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应移动式翼型浮式防波堤，以解决或改善上述的技术中的不足。

为实现上述目的，本发明的所采用的技术方案如下：

一种自适应移动式翼型浮式防波堤，包括异形消波箱体、移动式挡浪板和锚固系统；

异形消波箱体内通过调整配重来改变箱体的整体密度，异形消波箱体构型上表面设置成下凹形，波浪在异形消波箱体的上表面向后涌进时，增加了爬行的路径；

移动式挡浪板，安装于异形消波箱体的两侧，用于对波浪进行反射破碎、摩擦、扰动；

锚固系统锚固于异形消波箱体上。

进一步的，移动式挡浪板包括传动翼缘板、上垂向移动挡浪板、下垂向移动挡浪板和传动杆；传动翼缘板位于异形消波箱体中部，并通过固定弹性铰进行连接；上垂向移动挡浪板和下垂向移动挡浪板竖直方向上分别与异形消波箱体滑动连接；传动翼缘板上下两侧均设置有传动杆；上侧的传动杆一端与上垂向移动挡浪板通过转动固定铰连接，另一端与传动翼缘板通过转动固定铰连接；下侧的传动杆一端与下垂向移动挡浪板通过转动固定铰连接，另一端与传动翼缘板通过转动固定铰连接。

进一步的，移动式挡浪板还包括节段可调节式侧翼板，所述节段可调节式侧翼板通过转动弹性铰连接在传动翼缘板远离所述异形消波箱体的一侧。

进一步的，异形消波箱体上表面采用内凹的圆弧形设计；圆弧上表面开设有圆形消浪孔，在异形消波箱体迎浪面上，传动翼缘板与下垂向移动挡浪板之间设计迎浪出水孔。

进一步的，上垂向移动挡浪板与异形消波箱体之间通过滑道进行连接，并通过传动杆支撑限制横向位移。

进一步的，节段可调节式侧翼板是统一规格的工厂预制板，节段之间进行嵌入式拼装。

进一步的，沿异形消波箱体的垂直于波浪的方向上，进行间隔设置节段可调节式侧翼板，成齿状排列。

进一步的，锚固系统包括：锚链孔、锚链压重块，锚链孔设置在异形消波箱体(1)底部，锚链一端与锚链孔相连，另一端与压重块相连；锚链构型呈现悬链形。

与现有技术相比，本发明提供的一种自适应移动式翼型浮式防波堤，具有以下有益效果：

本发明中的异形消波箱体的横截面采用异形截面，上表面设置成内凹弧面，相比于水平面，水质点沿异形消波箱体移动的路径大大增加，并且转换了水质点的运动方向，朝堤后运动时仅有竖直运动。同时，在曲面内设置交叉分布的圆形消浪孔，增加了表面的粗糙度，使波浪在传向堤后的过程中，发生破碎、变形，增加了波能的耗散。

传动翼缘板和节段可调节式侧翼板组成了浮式防波堤的侧翼，异形消波箱体迎浪侧与背浪侧侧翼的增加，提升了结构的稳定性，延长了结构的总宽度，波浪的反射以及传动翼缘板附近涡旋的产生得到了增强，进而增加了波浪的耗散；传动翼缘板的存在，相比同等规格的箱体防波堤，在提高防波堤的相对宽度的同时，有效的节约了材料的使用。

异形消波箱体两侧传动翼缘板的存在对水质点的运动形成了阻挡，会产生较大的力，传动翼缘板与异形消波箱体通过固定弹性铰连接，允许传动翼缘板在水体与结构的相互作用过程中发生一定的转角位移，有效了缓解了波浪对板的作用力，有效的避免了传动翼缘板被破坏。

传动翼缘板通过传动杆连接上垂向挡浪板，将传动翼缘板的转角位移转换为上垂向挡浪板的垂向位移，使得异形消波箱体上下分布的上垂向挡浪板与下垂向挡浪板上下移动，增大了对波浪的阻挡作用，增强了浮式防波堤的反射能力。

将异形消波箱体两侧的传动翼缘板的远端设置成节段可调节式侧翼板，并且在工厂批量预制，通过衔接拼装，传动翼缘板的长度可根据海况的情况进行调整，并具有易于施工与维修更换方便等优点，极大的增加了浮式防波堤的耐久性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明，其中：

图1为本发明一种自适应移动式翼型浮式防波堤的海洋应用示意图；

图2为本发明一种自适应移动式翼型浮式防波堤的结构示意图；

图3为本发明一种自适应移动式翼型浮式防波堤的剖面示意图；

图4为本发明一种自适应移动式翼型浮式防波堤的俯视图；

图5为本发明一种自适应移动式翼型浮式防波堤的异形消波箱体的主视图；

图6为本发明一种自适应移动式翼型浮式防波堤的异形消波箱体的后视图；

图7为本发明一种自适应移动式翼型浮式防波堤的移动式挡浪板的结构图。

附图中标记如下：

1、异形消波箱体；2、传动翼缘板；3、节段可调节式侧翼板；4、上垂向移动挡浪板；5、下垂向移动挡浪板；6、圆形消浪孔；7、迎浪出水孔；8、传动杆；9、锚链；10、压重块；11、固定弹性铰；12、转动固定铰；13、转动弹性铰。

具体实施方式

为了进一步的了解本发明的内容和特点以及各功能，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1-7所示，本发明提供的一种自适应移动式翼型浮式防波堤结构，由异形消波箱体1、移动式挡浪板结构、锚固系统三部分构成。异形消波箱体1作为本发明结构中的主体结构，移动式挡浪板结构安装在箱体的两侧，锚链9在底端锚固该浮式防波堤，异形消波箱体1的上边缘与水平面重合，结构整体位于水面以下。

如图2-5所示，异形消波箱体1是由混凝土壳体组成，异形消波箱体1内通过调整配重来改变箱体的整体密度。异形消波箱体1构型由矩形箱体变换而来，上表面设置成下凹形，曲线形采用了圆弧形，大于两点形成的直线的长度。由此，当波浪在浮式防波堤的上表面向后涌进时，极大的增加了爬行的路径，一定程度上，消耗了更多的波能，衰减了水质点的速度。在异形曲面上，进一步的设置圆形消浪孔6，并沿波浪前进方向的箱体上表面大致分布3-4个圆形消浪孔6，圆形消浪孔6进行交叉布置。在曲面的基础上进一步的设置圆形消浪孔6，主要是为了增加了表面的粗糙度，使波浪在传向堤后的过程中，发生破碎、变形。上表面的圆形消浪孔6与迎浪面的迎浪出水孔7相通。将迎浪出水孔7设置在迎浪面，当水体从出水孔流出时，与迎浪面的水体相撞，速度相互抵消，消减了入射波。

移动式挡浪板的整体组成如图7所示，其主要包括传动翼缘板2、节段可调节式侧翼板3、上垂向移动挡浪板4、下垂向移动挡浪板5、传动杆8以及一系列的连接构件等。这里与传统翼缘一体化的做法不同，根据移动式挡浪板的受力、损坏情况，将传动翼缘板2分成主体、附属两个部分，传动翼缘板2作为移动式挡浪板的主要受力构件，节段可调节式侧翼板3作为传动翼缘板2的附属板。传动翼缘板2其板厚为其他板的两倍，其主要是由钢板、混凝土、钢筋来组成。传动翼缘板2的板宽大约设置为异形消波箱体1宽度的1/3左右，上垂向移动挡浪板4、下垂向移动挡浪板5的板宽为箱体的高度的1/2左右，这些构件参数均可根据实际应用来进行调整。

传动翼缘板2与异形消波箱体1通过固定弹性铰11进行连接，这里构件的刚度要比其它构件的刚度要大，允许传动翼缘板2发生一定的转角位移。这里上垂向移动挡浪板4和下垂向移动挡浪板5分别与异形消波箱体1之间滑动连接，可以发生竖向运动。传动杆8通过转动固定铰12分别将上垂向移动挡浪板4和传动翼缘板2联动，下垂向移动挡浪板5和传动翼缘板2联动，当传动翼缘板2发生转角位移时，便带动传动杆8转动，使得垂向板向下移动。这个传动装置的设置，减小了传动翼缘板2受力的同时将传动翼缘板2的位移进行转移。上垂向移动挡浪板4的上下移动提供了更大的反射面积也扰乱了水质点的流场，产生了复杂的漩涡，增加了对入射波的反射与耗散。

节段可调节式侧翼板3作为浮式防波堤传动翼缘板2的附属板，离异形消波箱体1的连接处较远，很大程度上决定了传动翼缘板2的受力，与传动翼缘板2的破坏息息相关。节段可调节式侧翼板3的板厚以及自重相比于传动翼缘板2都较小，材料主要是轻质混凝土或者钢板，主要目的是减轻自重。节段可调节式侧翼板3相比于传动翼缘板2，尺寸较小，通过工厂批量预制，在施工时进行拼接安装，其安装分布型式如图4所示，呈现齿状，有利于对入射波浪进行进一步的破碎。节段可调节式侧翼板3与传动翼缘板2之间通过转动弹性铰13连接，允许两者之间发生转动位移，进一步减小移动式挡浪板的受力。针对不同海况，节段可调节式侧翼板3的安装节段还可以进行灵活调整，相应的，浮式防波堤的传动翼缘板2的宽度也随之改变，避免了过长的移动式挡浪板对结构造成的破坏，减少材料的浪费，不仅如此，节段拼接的方法，使得结构的维修更快，更加便利，增加了结构的服役年限。

本发明中的锚固系统包括：锚链孔、锚链9和压重块10，锚链孔设置在异形消波箱体1底部，锚链9一端与锚链孔相连，另一端与压重块相连；锚链构型呈现悬链形。锚固段距箱体的边缘1/4箱体高度，并通过密度较大的混凝土或则石块进行压重。

以上对本发明的有关内容进行了说明，本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不以任何形式限制本发明。本领域的技术人员均可以在本发明的启示下，进行等同替换或等效变换的方式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种自适应移动式翼型浮式防波堤，包括异形消波箱体(1)、移动式挡浪板和锚固系统，其特征在于：

异形消波箱体(1)内通过调整配重来改变箱体的整体密度，异形消波箱体(1)构型上表面设置成下凹形，用于波浪在异形消波箱体(1)的上表面向后涌进时，增加爬行的路径；

移动式挡浪板，安装于异形消波箱体(1)的两侧，用于对波浪进行反射破碎、摩擦、扰动；

锚固系统锚固于异形消波箱体(1)上；

所述移动式挡浪板包括传动翼缘板(2)、上垂向移动挡浪板(4)、下垂向移动挡浪板(5)和传动杆(8)；所述传动翼缘板(2)位于异形消波箱体(1)中部，并通过固定弹性铰(11)进行连接；所述上垂向移动挡浪板(4)和下垂向移动挡浪板(5)在竖直方向上分别与异形消波箱体(1)滑动连接；传动翼缘板(2)上下两侧均设置有传动杆(8)；上侧的传动杆(8)一端与上垂向移动挡浪板(4)通过转动固定铰(12)连接，另一端与传动翼缘板(2)通过转动固定铰(12)连接；下侧的传动杆(8)一端与下垂向移动挡浪板(5)通过转动固定铰(12)连接，另一端与传动翼缘板(2)通过转动固定铰(12)连接；

所述异形消波箱体(1)上表面采用内凹的圆弧形设计；圆弧上表面开设有圆形消浪孔(6)，在异形消波箱体(1)迎浪面上，传动翼缘板(2)与下垂向移动挡浪板(5)之间设计迎浪出水孔(7)；

所述移动式挡浪板还包括节段可调节式侧翼板(3)，所述节段可调节式侧翼板(3)通过转动弹性铰(13)连接在所述传动翼缘板(2)远离所述异形消波箱体(1)的一侧；

所述可调节式侧翼板(3)沿所述异形消波箱体(1)垂直于波浪的方向上进行间隔设置，成齿状排列。

2.根据权利要求1所述的一种自适应移动式翼型浮式防波堤，其特征在于：所述上垂向移动挡浪板(4)与异形消波箱体(1)之间通过滑道进行连接，并通过传动杆(8)支撑限制横向位移。

3.根据权利要求1所述的一种自适应移动式翼型浮式防波堤，其特征在于：所述节段可调节式侧翼板(3)是统一规格的工厂预制板，节段之间进行嵌入式拼装。

4.根据权利要求1所述的一种自适应移动式翼型浮式防波堤，其特征在于：所述锚固系统包括：锚链孔、锚链(9)和压重块(10)，锚链孔设置在异形消波箱体(1)底部，锚链(9)一端与锚链孔相连，另一端与压重块(10)相连；锚链构型呈现悬链形。

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