CN214033580U - 一种采用钢骨架连接的组合浮囊型浮式防波堤结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用钢骨架连接的组合浮囊型浮式防波堤结构，包括上部浮体、连接铰链和锚碇系统，锚碇系统包括锚链和锚碇块；上部浮体设有通过连接铰链相连的多层浮囊排悬浮于水体中且通过锚链固定在海底的锚碇块上；浮囊排由多个浮囊本体通过刚杆件串联而成；浮囊本体为一中心设有刚杆件通过的圆形通孔的圆柱体。本实用新型的有益效果是：多个浮囊在水表面及以下一定深度内形成可产生一定位移的柔性屏障，干扰波浪水质点的有序运动，从而达到消波效果，满足堤内侧区域水面平稳和功能要求；在中等深度水深条件下可以进行临时或半永久防护，消波效果显著；防波堤材料轻盈，运输方便，生态环保，现场安装施工简便，工程造价低。

Description

一种采用钢骨架连接的组合浮囊型浮式防波堤结构

技术领域

本实用新型涉及一种采用钢骨架连接的组合浮囊型浮式防波堤结构，属于海洋工程和水运工程领域中的防护型结构。

背景技术

防波堤是一种专用于防御波浪对生产性设施的侵袭，保证内部水域平稳和基础设施安全的防护性建筑物。传统防波堤多采用斜坡堤、直立堤等固定式结构。而在一些新开发港区或外海环境下，防护型建筑物往往面临水深、浪大、地质软弱等各种难题，在此情况下，如仍采用传统防波堤结构，需要消耗大量的砂石等材料，防护性建筑物结构的经济造价和时间成本大幅提高，且实体结构及其大规模的施工对自然环境和海洋生态产生较大的不良影响，基于以上原因，浮式防波堤的研究与开发成为迫在眉睫的课题。

国内外对浮式防波堤的研究已有100多年的历史，截至目前已经提出了100多种浮式防波堤或波浪屏障概念。我国对于浮式防波堤的研究也多限于科研院校的室内试验，从50年代开始，在武汉、丹江口水库、长江口新河镇等地建造了一些浮式防波堤，其中上海吴淞炮台湾船舶基地采用框架浮箱式结构建造的浮式防波堤便是典型1例。在众多的科研和应用的浮式防波堤的结构形式中，锚泊浮式全深度屏障、锚泊浮式刚性表面屏障和柔性表面屏障与本实用新型所阐述的结构的作用机理有一定的相似性，其中，作为消浪或挡浪主体的上部浮体的材料主要采用钢筋混凝土、金属、废旧轮胎或塑料等，结构形式包括矩形浮箱式、驳船式、双浮箱式、开口框架式、三角框架式、双圆木式、板式、板式-网式等多种。

虽然人们研究提出的浮式防波堤概念数量众多、形式多种多样，但实际真正成熟的和投入应用的还比较少，大部分结构都是针对6s以下的短周期有效。对于浮箱和浮筒式防波堤，要想使得透射系数小于0.5，防波堤的宽度和波长的比值W/L一般需在0.3～0.5，按照该结论，对于大西洋、印度洋等外海中长周期波，波浪的平均周期均在十几秒以上，如需在该环境条件下采用该种结构，则浮式防波堤的建造尺度相当庞大，且掩护效果也无法保障。

发明内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可适用于14s波浪周期以下、水深可深达20m工况下的浮式防波堤结构，解决中等水深条件下或生态环境优先前提下的港区防护型建筑物的建造、外海中长周期波作用下施工船舶的作业防护及渔业养殖、船舶物资过驳等功能性防护等问题，具有经济环保、施工便捷、可快速成型等特点。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种采用钢骨架连接的组合浮囊型浮式防波堤结构，包括上部浮体、连接铰链和锚碇系统，所述锚碇系统包括锚链和锚碇块；所述上部浮体设有通过连接铰链相连的多层浮囊排竖直悬浮于水体中，且通过锚链固定在海底的锚碇块上；所述浮囊排由多个浮囊本体通过刚杆件串联而成；所述浮囊本体为一中心设有刚杆件通过的圆形通孔的圆柱体。锚碇块被抛置于水底泥面之上，靠自身重力和与水底的吸附力限制上部浮体的变位，从而达到固定上部浮体的目的。

所述浮囊本体外壁设有进出阀门，内部充盈有压气体或液体。上部浮体是将内部充盈有压气体或液体的浮囊本体套嵌于刚杆件之上，再将若干组该结构通过连接铰链组合为一个整体，整个组合浮囊结构既可部分露出水面，也可全面沉没于水面之下。

所述浮囊为天然橡胶、人造橡胶或树脂类的延展性材料。浮囊本体需满足易于携带、安装及结构受力等要求，其材料需为天然橡胶、人造橡胶或其他具有一定强度和延展性的可替代性材料。

所述浮囊排沿水深方向设有1～5层，所述浮囊排的单个浮囊本体之间在纵向设有挡板限位。

所述浮囊本体位于静水面以下1m至水面以上5m。

所述浮囊本体的直径为1m～15m，沿轴线方向长度为1m～20m，每1～20个为一个浮囊排。

所述浮囊本体的圆形通孔直径为0.1～3m。

所述浮囊本体在断面方向的中心线与水平面的夹角为-30度～30度。

所述刚杆件、连接铰链和锚链为钢材、玻璃钢材料；所述锚碇块为混凝土材料。刚杆件和连接铰链、锚链应为具有一定强度、刚度和冲击韧性的钢材、玻璃钢或可替代材料。锚碇块为具有一定重力的混凝土材料。

所述多层浮囊排之间的浮囊本体之间的连接铰链为三角形连接方式，所述锚链和锚碇块在横断面方向布置为0、2、4、6或8偶数组。

本实用新型的效果是：该组合结构通过自身垂直于波浪行进方向的投影面积干扰波浪水质点的有序运动，同时，因各浮囊本体之间存在一定的孔隙，既可以打乱水体的同步相位，又可减小作用于结构的水平作用力，浮囊本体之间的非刚性连接还可以部分发挥相互摩擦作用，耗散一部分水体的能量，从而降低了外海水域行进波的波高，达到掩护内侧水域平稳的目的，从而满足受掩护区的各种生产等功能需求。

各单个浮囊本体的尺度视施工能力定制，根据结构使用的环境条件确定整个组合体的外轮廓尺度和入水深度，该结构方便船舶运输、现场安装，快速撤回等需求，施工方式灵活；作为临时或半永久结构，它在满足生产性功能的前提下，工程造价较低；整个结构的材料主要为橡胶和钢材，不需要开山填海，对生态环境影响甚微，环境效益较好。

附图说明

图1是本实用新型的一种浮式防波堤结构横向断面示意图；

图2是本实用新型的单个浮囊纵向断面示意图；

图3是本实用新型的单个浮囊排的纵向断面示意图。

图中：

1-浮囊本体 2-内部充盈的气体或液体 3-刚杆件

4-连接铰链 5-挡板 6-锚链

7-锚碇块

α-浮囊本体中心线与水平面夹角

具体实施方式

结合附图对本实用新型的组合浮囊型浮式防波堤的实施方案加以说明。

如图2所示一种采用钢骨架连接的组合浮囊型浮式防波堤结构，以纵向10m长的一组单元为例，水平布置。单个浮囊本体为一中心带圆孔的圆柱体，柱体外径4.6m，内径0.5m，采用一根直径为0.45m的钢圆管将三个浮囊串联为一体，各浮囊两端均设限位挡板；浮囊在横断面方向的布置方式为，沿水深方向设置两层，其中上层布置7个浮囊，下层布置8个浮囊，纵向每三个串联在一起的浮囊在横向通过铰链连接为整体，铰链为柔性结构，因此各浮囊可相互发生轻微错动；锚碇块为混凝土结构，搁置于水底面之上，通过锚链的拉力将上部浮体固定，该组结构的浮囊内部均充盈气体，压力为1.2倍大气压力。其中，连接铰链和锚链的链径分别为64mm和46mm，浮囊本体采用橡胶的密度为1.23g/cm³。单组结构的重量约为107吨。结构安装后，浮囊顶面露出水面1.5m，浮囊吃水深度7.084m，其底部距水底泥面约7.916m。依次将这样的结构沿防波堤轴线连续安装，构成防波堤。

浮式防波堤结构的建造施工过程如下：

(1)在陆上将一组所包含的部件连接完成，即，上部浮体的浮囊、钢圆管、铰链连接完成，下部的锚链和锚碇块连接完成；浮囊暂不充气；

(2)采用半潜驳等运输船舶将预制好的一组或几组组合浮囊运抵安装地点；

(3)定位后，将下部的锚链和锚碇块沉放就位，此时应将锚链上部连接点的位置固定；

(4)通过进气阀向浮囊本体内充气，达到充气压力后，借助浮吊等设备将浮囊下沉就位；

(5)下潜水员将锚链与上部浮体的钢圆管连接；

(6)继续进行下一组浮囊安装；

(7)在安装好的两组浮囊之间采用铰链连接；

(8)重复以上工序至实施完成。

以上工序为一般情况下的施工工序，现场可根据设备能力优化施工方案，该浮式防波堤结构现场施工量较少、施工周期短，工程造价较低，且工程造价随水深增加而增大的幅度较小，对于14s以下的波浪周期和中等水深条件均适用。

Claims (10)

1.一种采用钢骨架连接的组合浮囊型浮式防波堤结构，其特征在于：包括上部浮体、连接铰链和锚碇系统，所述锚碇系统包括锚链和锚碇块；所述上部浮体设有通过连接铰链相连的多层浮囊排悬浮于水体中，且通过锚链固定在海底的锚碇块上；所述浮囊排由多个浮囊本体通过刚杆件串联而成；所述浮囊本体为一中心设有刚杆件通过的圆形通孔的圆柱体。

2.根据权利要求1所述的一种浮式防波堤结构，其特征在于：所述浮囊本体外壁设有进出阀门，内部充盈有压气体或液体。

3.根据权利要求1所述的一种浮式防波堤结构，其特征在于：所述浮囊为天然橡胶、人造橡胶或树脂类材料。

4.根据权利要求1所述的一种浮式防波堤结构，其特征在于：所述浮囊排沿水深方向设有1～5层，所述浮囊排的单个浮囊本体之间在纵向设有挡板限位。

5.根据权利要求1所述的一种浮式防波堤结构，其特征在于：所述浮囊本体位于静水面以下1m至水面以上5m。

6.根据权利要求5所述的一种浮式防波堤结构，其特征在于：所述浮囊本体的直径为1m～15m，沿轴线方向长度为1m～20m，每1～20个为一个浮囊排。

7.根据权利要求1所述的一种浮式防波堤结构，其特征在于：所述浮囊本体的圆形通孔直径为0.1～3m。

8.根据权利要求1所述的一种浮式防波堤结构，其特征在于：所述浮囊本体在断面方向的中心线与水平面的夹角为-30度～30度。

9.根据权利要求1所述的一种浮式防波堤结构，其特征在于：所述刚杆件、连接铰链和锚链为钢材或玻璃钢材料；所述锚碇块为混凝土材料。

10.根据权利要求1所述的一种浮式防波堤结构，其特征在于：所述多层浮囊排之间的浮囊本体之间的连接铰链为三角形连接方式，所述锚链和锚碇块在横断面方向布置为0、2、4、6或8偶数组。

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