CN209923864U - 一种非对称双浮筒式浮式防波堤 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及海岸工程技术领域，尤其涉及一种非对称双浮筒式浮式防波堤，包括前浮筒、后浮筒、连接件和消能件，前浮筒和后浮筒分别与连接件两端固定连接，在连接件上垂直设置有用于扰乱波浪运动的消能件，消能件增加了消浪垂直水深范围，通过与水体间的摩擦和紊动耗散波浪的表层能量。消能件为不锈钢管或玻璃钢，浮筒材料为混凝土或玻璃钢，本设计采用非对称双浮筒的形式，增大浮式防波堤的相对宽度，减少了工程造价，同时通过前浮筒反射波浪，在中间的间隙处对波浪的破碎，以及后浮筒对波浪再次削减达到多重削减波浪的效果，显著提高了消波能力，尤其提高了对较长周期波削减效果。

Description

一种非对称双浮筒式浮式防波堤

技术领域

本实用新型涉及海岸工程技术领域，尤其涉及一种非对称双浮筒式浮式防波堤。

背景技术

防波堤的结构一般可分为重型和轻型两类，重型防波堤是传统和常用的防波堤型式，包括斜坡堤、直墙堤和混成堤等；轻型防波堤是近数十年发展起来的，根据波能集中于表层的特点，结合工程的特殊需要而研究出来的各种轻型防波堤，如透空堤、浮堤、喷气堤和射水堤等。

相比于传统防波堤，浮式防波堤可适应水深较大、地基软弱、大潮差和引入水体交换等情况，在港口海岸工程、海洋工程以及海水养殖等诸多领域具有广阔的前景。浮式防波堤可作为永久性或临时性建筑物，运用在掩护深水港湾码头水域作为船舶临时靠泊码头，以及掩护水产养殖和海滨浴场水域、掩护海上施工现场、掩护海上军用机动码头水域和作为海上防灾应急的防浪措施等领域。

浮式防波堤是由消波浮体及锚泊***组成的防波堤。消波浮体是由有一定吃水深度的箱体或浮排组成，箱体和浮排与一端固定在海底的锚链相连而漂浮在水面上。其消波原理是利用浮体阻止波浪传播或使波浪破碎，并在波浪作用下的上下浮动和前后摆动，干扰波浪的水质点运动，破坏波浪内部的水质点运动结构，以达到消减波能的目的。

浮式防波堤有工程造价较低、结构简单、修建迅速、拆迁简便、受水深和地质条件影响小、海水交换功能强等优点，在当前的实际工程运用中倍受海岸工程领域的关注。传统的浮式防波堤主要利用浮箱将入射波浪能量反射至外海以减小透射波浪，一般由钢板或者钢筋混凝土等制造，浮箱式浮式防波堤中结构最简单、应用最多的为单浮箱式浮式防波堤。然而单浮箱式浮式防波堤的消浪效果往往不理想，特别是对于较长周期的波浪，为克服这一缺陷，需要研究多浮箱式的浮式防波堤。

因此研究对较长周期波的削减效果更好的浮式防波堤，是亟需解决的一项技术难题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种对较长周期波削浪效果好，结构简单，节约成本，能够进行多重消浪且消浪效果显著的非对称双浮筒式浮式防波堤。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

本实用新型提供一种非对称双浮筒式浮式防波堤，包括前浮筒、后浮筒、连接件和消能件，连接件的两端分别与前浮筒和后浮筒固定连接，消能件设置在连接件的下侧。

根据本实用新型，前浮筒和后浮筒的长度和宽度均相同，后浮筒的高度小于前浮筒的高度，且前浮筒和后浮筒下边缘齐平，当非对称双浮筒式浮式防波堤位于水中时，波浪的入射方向从前浮筒到后浮筒。

根据本实用新型，还包括锚泊装置，锚泊装置包括锚链和沉块，锚链的一端与沉块固定连接，锚链的另一端与分别与前浮筒或后浮筒固定连接，设置在同一浮筒上的锚链对称分布，设置在不同浮筒上的锚链同样对称分布。

根据本实用新型，消能件超出浮筒下边缘的长度为前浮筒高度的2/3～4/3。

根据本实用新型，前浮筒、后浮筒之间的距离与前浮筒、后浮筒的宽度之和的比值为0.8～1.5。

根据本实用新型，前浮筒和后浮筒上均设置有开口，用于向前浮筒和后浮筒里面注入水来调节前浮筒和后浮筒的重量平衡及其吃水深度。

根据本实用新型，前浮筒和后浮筒的横截面均为矩形，且前浮筒和后浮筒均为封闭空腔结构。

根据本实用新型，沿浮筒长度方向均匀设置多个消能件。

根据本实用新型，前浮筒和后浮筒所采用的材料为混凝土、玻璃钢或纤维增强塑料材料中的一种或多种。

根据本实用新型，在前浮筒和后浮筒的外侧对称设置防撞装置，防撞装置包括防腐层，前受力钢板层，受力腔，弹簧，后受力钢板层，柔性缓冲层；防腐层设置在前受力钢板层外侧和受力腔的上侧和下侧，前受力钢板层和后受力钢板层之间的间隔构成受力腔，弹簧固定连接于前受力钢板层和受力钢板层之间。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的非对称双浮筒式浮式防波堤综合利用横截面为矩形的双浮筒以及在双浮筒之间设置的消能件来干扰水体运动，兼顾反射消能、破碎消能和紊动消能的作用，波浪入射至防波堤处在多重作用下，非线性效应加剧，减小波浪透射系数，达到理想的防浪效果。

2、本实用新型的非对称双浮筒式浮式防波堤与其他浮式防波堤相比，采用非对称双浮筒的设置以及消能件的设置，在达到相同的消浪效果的情况下，能够减少材料，减少工程造价。

3、本实用新型的非对称双浮筒式浮式防波堤结构简单，组成构件可提前预制而成，现场施工时可快速拼装而成，并且，本实用新型通过在双浮筒上设置开口向双浮筒内注水，以此调节浮式防波堤的吃水深度，从而增大浮式防波堤的消波能力，并以此来调节前后两个浮筒的重量平衡。

附图说明

图1为本实用新型非对称双浮筒式浮式防波堤实施例1的三维立体图；

图2为本实用新型非对称双浮筒式浮式防波堤实施例1的前视图；

图3为本实用新型非对称双浮筒式浮式防波堤实施例1的侧视图；

图4为本实用新型非对称双浮筒式浮式防波堤实施例1的俯视图；

图5为本实用新型非对称双浮筒式浮式防波堤实施例2的三维立体图；

图6为实施例2的防撞装置8结构图。

【附图标记说明】

1：前浮筒；2：后浮筒；3：连接件；4：消能件；5：锚链；

6：沉块；7：开口；

8：防撞装置；

801：防腐层；802：前受力钢板层；803：受力腔；804弹簧；805：后受力钢板层；806：柔性缓冲层。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

实施例1

本实用新型提供一种非对称双浮筒式浮式防波堤，包括前浮筒1、后浮筒2、连接件3和消能件4，前浮筒1和后浮筒2通过连接件3固定连接为一个整体；消能件4垂直设置在连接件3上，且消能件4与连接件3固定连接，消能件4用于扰动波浪运动，消能件4通过与水体间的摩擦和紊动耗散波浪的表层能量。

锚泊装置包括锚链5和沉块6，锚链5的一端与沉块6固定连接，锚链5的另一端与分别与前浮筒1和后浮筒2固定连接，设置在同一浮筒上的锚链5对称分布，设置在不同浮筒上的锚链5同样对称分布，配重块在自身重力的作用下锚定在海床上，通过锚链将浮筒相对固定在海面上一定范围内。

如图3所示，浮筒为横截面为矩形的封闭空腔结构，这里设浮筒的宽度均为B1，设前浮筒1的高为h1，后浮筒2的高度为h2，内部中空，提供整体浮力，浮筒可根据实际情况采用传统混凝土浇注或者新型材料玻璃钢预制而成，这里设消能件4为直径为D的不锈钢管或玻璃钢管，其连接件3分别与前浮筒1和后浮筒2的一个侧面垂直固定连接，固定连接的方式为法兰连接，锚链与两个浮筒的另一侧分别固定相连且对称布置，消能件4垂直设置在连接件3上，且消能件4与连接件3固定连接，消能件4在使用时深入海水中。

优选地，如图3所示，设消能件4超出浮筒下边缘的长度为H，且H约为浮筒高度h的2/3～4/3，之所以对H取值有所限定，是因为如果H<2/3～4/3h，不能够起到一定的消浪效果，反而浪费材料；如果H>2/3～4/3h，则会提高造价，因此H应在2/3～4/3h这个范围内取值性价比最高，同时H宜根据不同水域的情况和消波要求具体取值。

连接件3的长度也是能够根据不同的消波要求进行改变，如图4所示，设连接件3的长度为B1，B1可根据不同的消波要求进行改变。

优选地，前浮筒1和后浮筒2的长度相同均为L，前浮筒1和后浮筒2的宽度相同均为B1，前浮筒1和后浮筒2下边缘齐平，使用时，前浮筒1要比后浮筒2先接触到波浪，即波浪的入射方向从前浮筒1到后浮筒2，如图1中所示。

优选地，前浮筒1和后浮筒2之间的距离与前浮筒1和后浮筒2的宽度之和的比值为0.8～1.5。

优选地，如图3所示，沿防波堤单元长度方向在前浮筒1和后浮筒2之间均匀设置多个连接件3。

优选地，前浮筒1和后浮筒2上设置有开口7，开口7用于向前浮筒1和后浮筒2中注水以调节前浮筒1和后浮筒2的重量平衡及其吃水深度，可选地，可直接通过开口7向前浮筒1和后浮筒2中注入海水，方便又经济，从而满足不同海域条件对于吃水深度的要求，需要注意的是因为后浮筒2体积比前浮筒1体积小，所以后浮筒的配重量即加入水的量比前浮筒要大，这样才能保证平衡，防止倾覆。

可选地，可以在消能件4的表面上设置花纹或孔增加消能件4表面的粗糙程度，进一步增大消能件4耗散波浪能的能力。

优选地，在浮式防波堤表面涂有防海水腐蚀的涂料，并且进一步地，在涂料中添加适量的碱性物质，使Ph值达到8.5-10.5，防止海洋生物附着。

实施例2

本实施例在上述实施例1的基础上略有修改，如图5所示，具体是在前浮筒1和后浮筒2的外侧对称设置防撞装置8，防撞装置8包括防腐层801，前受力钢板层802，受力腔803，弹簧804，后受力钢板层805，柔性缓冲层806。

具体地，防撞装置8内部结构如图6所示，防腐层801设置在防撞装置8最外面即防腐层801设置在前受力钢板层802外侧和受力腔803的上侧和下侧，用于防止海水的腐蚀，前受力钢板层802和后受力钢板层805之间的间隔构成受力腔803，弹簧804固定连接于前受力钢板层802和受力钢板层805之间。

由于可以将防撞装置8与前浮筒1/后浮筒2紧密连接的一侧(即后受力钢板层805所处的一侧)视为共面，所以这一侧不再设防腐层，在防撞装置受力过程中，前受力钢板层802首先受到外力的冲击，然后传递到弹簧804，弹簧804设置在受力腔803中，弹簧804再将受到的力传递到后受力钢板层805处，并在前受力钢板层802和后受力钢板层805之间做简谐运动，后受力钢板层805最后再将余力传递到柔性缓冲层806，柔性缓冲层806吸能，对前浮筒1/后浮筒2起到保护，整个防撞装置8对前浮筒1/后浮筒2起到防止外物撞击而造成损毁的作用，能够大幅延长使用寿命。

优选地，柔性缓冲层的材料为海绵、橡胶等具有吸能作用的材料。

工作原理

一般的浮式防波堤对较长周期波的削减效果差，增大浮式防波堤的相对宽度是提高对较长周期波削减效果的主要途径，相对宽度定义如下式：

B_L＝B/L_W (1)

式中，B_L为相对宽度，B为防波堤的整体宽度，LW为海浪的波长。

在海浪波长LW不可控的情况下，要想提高对较长周期波削减效果，只能增大浮式防波堤结构宽度B，但是增大浮式防波堤结构宽度会带来造价的急剧增加，也会使锚链的受力增大，使防波堤的安全可靠度下降。

而本实用新型采用双浮筒的形式，提高了防波堤的宽度，并且由于前浮筒1和后浮筒2之间通过连接件3进行连接，如图4所示，其中前浮筒1与后浮筒2之间的距离B2通过连接件3代替与浮箱相同的材料填充，这就大大减少了工程造价，同时相比单纯增加防波堤宽度而言，锚链的受力相对较小。

另相关研究表明，一般浮式防波堤的透射系数小于0.5，要求相对宽度B_L需要大于0.3，透射系数定义如下式：

K_t＝H_t/H_i (2)

式中，K_t为透射系数，H_t为堤后透射波高，H_i为堤前入射波高。

因此，由式(2)可知，透射系数越小，消浪效果越好。

本实用新型由于在连接件3处设置了消能件4，消能件4增大了消浪垂直水深范围，波浪理论的研究和相关试验表明，波浪的能量集中在水体表层，水面以下三倍波高的水深范围内集中了全部波浪能量的98％，消能件4的设置能够使入射波产生紊乱的射流，达到扰乱波浪运动的效果，并通过与水体之间的摩擦和紊动达到消耗表层波浪能量，从而能够起到大幅削减波浪能量的作用，与传统浮式防波堤相比，当入射波的波长和波高相同时，本实用新型设置的双浮筒式防波堤透射系数更小，消浪效果更好。

进一步地，波浪透射系数K_t会随着双浮筒的相对间距而变化，双浮筒的相对间距定义为：

J＝B2/2B1 (3)

式中：J为双浮箱的相对间距；B2为前浮筒1和后浮筒2之间的距离；B1为单个浮箱的宽度，因为两个浮箱宽度相同，所以这里B1就直接表示为浮箱本身的宽度。

当其他条件不变，J＝0.8～1.5时，此时波浪透射系数K_t较小，此时双浮箱的消浪效果最好。因此，优选地，本实用新型的双浮筒的相对间距J＝0.8～1.5。

由于浮箱式浮式防波堤主要通过反射波浪来消减波浪，结构物迎浪面将部分波能量反射到外海，减小透射波的能量。本实用新型采用前后两个浮筒来双重抵挡波浪，当波浪较小时，波浪能够被前浮筒1阻挡，不会产生越浪即波浪越过前浮筒1的现象，但是当风浪较大的时候，前浮筒1不能够完全抵挡波浪，此时波浪就会越过前浮筒1，到达后浮筒2，这时，后浮筒2就会对波浪进行二次削减，极大削减波浪的能量。

实际上不只起到两重削浪的效果，而是三重消浪的效果，即前浮筒1，后浮筒2和消能件4三重消浪。当波浪较大而发生越浪的情况时，首先由前浮筒1反射波浪并破坏波浪运动轨迹削减波浪的能量，此即为第一重消浪；其次在前浮筒1和后浮筒2中间的间隙处能够对波浪产生破碎的作用，再加上设置在连接件3上的消能件4，增加了消浪垂直水深范围，使波浪在密布的消能件4处产生紊乱的射流，扰动波浪运动，通过消能件4与水体间的摩擦和紊动耗散表层波浪能量，此即为第二重消浪；最后，通过后浮筒2对波浪进行进一步地削减，此即为第三重消浪，所以总共起到了三重消浪的效果。

三重防线同时作用，大幅提高了消浪效果，同时由于入射波与经过防波堤后的波浪间会产生相位差，产生的相位差在一定程度上反作用于入射波，对入射波产生一定的削减作用，而前浮筒1和后浮筒2的设置就相当于产生了两次相位差，这样就进一步提高了消波效果。

因为三重消浪，所以本实用新型进一步将前浮筒1和后浮筒2非对称设置，这样就能够在达到相同消浪效果的基础上进一步减少工程材料，前浮筒1起主要的消波作用，需要设置较高高度，在前浮筒1的作用下，波浪得到足够的削减，如果后浮筒2设置成与前浮筒1完全相同的高度时，会造成材料的浪费，后浮筒2更多的作为一个补充，为了增加防波堤宽度来提高消波效果，再加上消能件4的作用，此时的后浮筒2设置较低的高度就可以满足要求，因此本实用新型中将后浮筒2长度和宽度保持与前浮筒1一致，另后浮筒2的高度小于前浮筒1，以达到在完全能够保障消浪要求的前提下，进一步减少工程造价，如图3所示，后浮筒2的高度为h2<前浮筒1的高度h1。

可选地，可灵活采用不同长度、数量的消能件4来适应不同的波浪条件，更加经济的达到不同的消浪要求，如图3所示，消能件4之间的距离为b，消能件4超过浮筒下边缘的长度为H，如随着b的减小即消能件4密度的增加，其消波性能会有所提高，随着H的增大即消能件4长度的增加，其消波性能同样也会有所提高，如当在某些对消波要求较高的区域时设置钢管间距为b₁，长度为L的钢管，但是在对消波要求较低的区域，可相对设置钢管间的间距为3/2b₁(即大于前面的b₁)以减小消能件4的密度，长度为2/3L(即小于前面的L，但是长度尽量在前面要求的范围内选择，H应在2/3～4/3h之间)，间距和长度不要求同时改变，同时改变可能造成消浪效果下降过大。

利用线形波浪理论可以得到如下公式：

式中：k_t为波浪透射系数；k_i为入射波波数即为入射波波长的倒数；B为结构宽度(m)；D为结构吃水(m)；d为水深(m)。

根据式(4)可知，当k_i一定，d一定时，B越大，k_t越小，D越大，k_t越小，即结构越宽，波浪透射系数越小，削浪效果越好；且由式(4)可知，不同波高和波浪周期下，浮式防波堤的波浪透射系数均随着浮箱相对入水深度的增大而减小，因此，优选地在前后两个浮筒上设置的开口7，通过开口7向前后两个浮筒里面加入水以调节浮式防波堤的吃水，另浮式防波堤整体的吃水深度增大，以此来进一步减小波浪透射系数，在一定程度上提高浮式防波堤的消波性能。

同时由于本实用新型前浮筒1和后浮筒2非对称设置，因此后浮筒2的体积小于前浮筒1，当材料密度相同时，会造成后浮筒2重量小于前浮筒1，这样会因为重量不平衡而失稳，因此，通过向设置的开口7中加入水来调节前浮筒1和后浮筒2的重量平衡也是很有必要的。

除此之外，本实用新型的前浮筒1和后浮筒2均为封闭空腔结构，这样设置配合开口7的设置能够进一步增强浮式防波堤的削波能力，具体地，封闭空腔结构加入水后能够削弱波浪运动诱导的辐射波，浮箱内的水随着浮式防波堤的运动产生晃动，使防波堤内部存在一个力来抵抗外面的波浪力，减少防波堤的运动幅度以及由于波浪引起的受迫振动，进一步降低波浪透射系数，从而进一步增强防波堤的消波性能。

本实用新型的非对称双浮筒式浮式防波堤综合利用横截面为矩形的双浮筒以及在双浮筒之间设置的消能件4来干扰水体运动，兼顾反射消能、破碎消能和紊动消能，波浪入射至防波堤处在多重作用下，非线性效应加剧，减小波浪透射系数，达到理想的防波效果，除此之外，本实用新型能够减少材料，减少工程造价，结构简单，组成构件可提前预制而成，现场施工时可快速拼装而成，并且，通过在双浮筒上设置开口向双浮筒内注水，以此调节浮式防波堤的吃水深度，从而增大浮式防波堤的消波能力，并以此来调节前后两个浮筒的重量平衡。

需要理解的是，以上对本实用新型的具体实施例进行的描述只是为了说明本实用新型的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，但本实用新型并不限于上述特定实施方式。凡是在本实用新型权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种非对称双浮筒式浮式防波堤，其特征在于：

包括前浮筒(1)、后浮筒(2)、连接件(3)和消能件(4)；

连接件(3)的两端分别与前浮筒(1)和后浮筒(2)固定连接；

消能件(4)设置在连接件(3)的下侧。

2.根据权利要求1所述的一种非对称双浮筒式浮式防波堤，其特征在于：

所述前浮筒(1)和后浮筒(2)的长度和宽度均相同，所述后浮筒(2)的高度小于前浮筒(1)的高度，且前浮筒(1)和后浮筒(2)下边缘齐平；

当非对称双浮筒式浮式防波堤位于水中时，波浪的入射方向从所述前浮筒(1)到后浮筒(2)。

3.根据权利要求1所述的一种非对称双浮筒式浮式防波堤，其特征在于：

还包括锚泊装置，所述锚泊装置包括锚链(5)和沉块(6)，所述锚链(5)的一端与沉块(6)固定连接，锚链(5)的另一端与前浮筒(1)或后浮筒(2)固定连接，设置在同一浮筒上的锚链(5)对称分布，设置在不同浮筒上的锚链(5)同样对称分布。

4.根据权利要求1至3任一所述的一种非对称双浮筒式浮式防波堤，其特征在于：

消能件(4)超出浮筒下边缘的长度为前浮筒(1)高度的2/3～4/3。

5.根据权利要求4所述的一种非对称双浮筒式浮式防波堤，其特征在于：

前浮筒(1)、后浮筒(2)之间的距离与前浮筒(1)、后浮筒(2)的宽度之和的比值为0.8～1.5。

6.根据权利要求5所述的一种非对称双浮筒式浮式防波堤，其特征在于：

所述前浮筒(1)和后浮筒(2)上均设置有开口(7)，用于向所述前浮筒(1)和后浮筒(2)里面注入水来调节前浮筒(1)和后浮筒(2)的重量平衡及其吃水深度。

7.根据权利要求6所述的一种非对称双浮筒式浮式防波堤，其特征在于：

所述前浮筒(1)和后浮筒(2)的横截面均为矩形，且前浮筒(1)和后浮筒(2)均为封闭空腔结构。

8.根据权利要求6所述的一种非对称双浮筒式浮式防波堤，其特征在于：

沿浮筒长度方向均匀设置多个消能件(4)。

9.根据权利要求1所述的一种非对称双浮筒式浮式防波堤，其特征在于：

所述前浮筒(1)和后浮筒(2)所采用的材料为混凝土、玻璃钢或纤维增强塑料材料中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的一种非对称双浮筒式浮式防波堤，其特征在于：

在前浮筒(1)和后浮筒(2)的外侧对称设置防撞装置(8)，防撞装置(8)包括防腐层(801)，前受力钢板层(802)，受力腔(803)，弹簧(804)，后受力钢板层(805)，柔性缓冲层(806)；

防腐层(801)设置在前受力钢板层(802)外侧和受力腔(803)的上侧和下侧，前受力钢板层(802)和后受力钢板层(805)之间的间隔构成受力腔(803)，弹簧(804)固定连接于前受力钢板层(802)和受力钢板层(805)之间。

Images