不同上部结构开孔沉箱的消浪效果与波浪力研究*

通过参考烟台某港区码头开孔沉箱形式，利用1∶35的波浪断面物理模型研究双柱块体上部结构和侧开孔上部结构开孔沉箱的消浪效果和波浪冲击荷载。结果表明：在相同波浪条件下，开孔沉箱开孔率增加的消浪效果好于双柱消浪块体；波浪与双柱块体上部结构开孔沉箱的波压力最大处区域在开孔下方，而侧开孔上部结构开孔沉箱的波压力最大区域在开孔处附近；双柱块体上部结构开孔沉箱所受波浪力主要受静水位影响，而侧开孔上部结构开孔沉箱所受波浪力主要受波面对开孔的淹没程度影响。     

波浪作用下陡坡和缓坡地形对护岸工程的影响

波浪是护岸工程设计的主要动力因素,实际工程建设中,港区内航道、港池的开挖形成陡峭边坡,会使作用在护岸上的波浪形态发生显著变化,从而对护岸结构产生不同影响。为探寻不同波浪形态下护岸越浪量及波压力等变化规律,通过波浪水槽断面试验,测量了斜坡式护岸堤前波高、胸墙越浪量和波压力,研究陡坡和缓坡地形对护岸的影响。结果表明,护岸前存在陡坡和缓坡地形时,波浪对护岸的作用有明显差别。在陡坡段护岸,波浪主要在护岸中部破碎;缓坡段护岸,波浪主要在护岸上部破碎。相对而言,陡坡段护岸的堤前波高较小,越浪量较少,胸墙水平力变大,浮托力变小。由于反浪弧的影响,胸墙水平力试验值远大于规范计算值,浮托力与规范值较为接近。     

对斜坡堤胸墙上波浪力折减系数取值的探讨

胸墙抗滑和抗倾稳定性是设有胸墙的斜坡堤结构计算的重要内容,而波浪力是胸墙产生稳定性破坏的唯一原因,因此准确计算进行波浪力计算是进行胸墙断面设计的重要依据。在进行威海港靖海湾港区张家埠新港作业区防波堤工程胸墙设计过程中,通过对作用于胸墙上的波浪力计算值与模型试验值进行了比较,总结分析了在胸墙前有块体掩护情况下水平波浪力和波浪浮托力折减系数取值情况,供类似设计参考。     

沉箱开孔形式对波浪反射的影响试验研究

为了降低码头前沿的波浪反射作用、改善船舶靠泊作业的泊稳条件,开孔沉箱越来越多地被应用在直立码头工程中,但相关行业规范尚缺少对沉箱开孔形式的系统性说明。以大连港大窑湾港区四期工程为例,通过物理模型试验,重点分析不同沉箱开孔形式对不规则波作用下码头前沿波高反射系数的影响。结果表明：短周期波浪通常比设计波浪情况下的反射系数要小;试验断面的消浪性能在设计低水位附近最为理想;沉箱胸墙设置消浪腔对减小断面波浪反射的效果不明显;波浪反射系数主要取决于开孔率。     

防波堤结构的创新

梳式防波堤和带减压倒L型胸墙的斜坡堤都是防波堤结构的创新。梳式防波堤集消浪、轻型、便于透流等特点为一体,属国内外首创;带减压倒L型胸墙的斜坡堤有效地利用了波浪相位差减少了波浪水平力,利用排水通道减少了浮托力,延长了防波堤寿命,取得了显著的经济效果。     

防波堤结构的创新

梳式防渡堤和带减压倒L型胸墙的斜坡堤都是防波堤结构的创新.梳式防渡堤集消浪、轻型、便于透流等特点为一体,属国内外首创;带减压倒L型胸墙的斜坡堤有效地利用了波浪相位差减少了波浪水平力,利用排水通道减少了浮托力,延长了防波堤寿命,取得了显著的经济效果.     

中外斜坡堤胸墙波浪力计算对比

斜坡堤胸墙对于减轻越浪危害至关重要,国内外各胸墙波浪力计算方法的结果差异较大。基于国内外几种斜坡堤胸墙波浪力计算方法,结合工程案例和试验数据进行对比研究。结果表明:1)特定条件下,我国规范计算的水平波浪力压强分布高度远小于Jensen法和Pedersen法结果,后两法计算结果与实测高度一致。2)Jensen法和Pedersen法计算的水平波浪力及浮托力均比国内港工方法大,也大于实测值。3)港工规范计算的总水平波浪力比实测值小,其计算出的浮托力与实测值较为接近。4)Jensen法考虑了掩护棱体肩台高度的作用,Pedersen法考虑了掩护棱体肩台高度与宽度的影响。此二法考虑得相对全面,但其按深水波长计算0.1%超越概率的波浪力,计算结果偏于保守。5)建议重要工程以模型试验结果为准。     

开孔沉箱消浪性能试验研究

开孔沉箱的开孔率是影响其消浪性能的重要参数,迎浪面上的开孔范围也会影响开孔沉箱的消浪性能。通过物理模型试验,测量了不同开孔率情况下开孔沉箱前的波高,采用多点法分析了波浪反射系数,研究了其消浪效果,给出了波浪反射系数与沉箱开孔率之间相互关系的试验结果;同时,通过试验研究了开孔沉箱的开孔区域上下端距静水位高度对沉箱消浪性能的影响,对比了两种不同开孔沉箱断面宽度情况下波浪反射系数。     

不同圆弧半径直立堤胸墙波浪力的试验与分析*

为比较直立堤胸墙圆弧半径对其所受波浪力的影响,设计半径分别为45、67、98 cm共3种弧形胸墙以及直立式胸墙进行相关物理模型试验。通过将胸墙迎浪面不同测点波浪压力进行积分获得波浪总力,讨论相对波高、相对波长和圆弧半径对胸墙波浪力的影响。研究结果表明,胸墙波浪力随着相对波高的增大而增大,随着相对波长的增大呈现先增大-后减小-再增大的变化趋势。相同波浪要素条件下,弧形胸墙波浪力较直立式大;在3种弧形胸墙中,波浪力随圆弧半径的增大而减小,半径为45 cm的弧形墙受力最大。     

新型双层开孔消浪板护面形式分析

护面作为斜坡式防波堤的重要组成部分,直接承受波浪和水流的作用力,护面块体的结构形式和消浪性能直接关系到防波堤的自身安全。本文在综合分析各类防波堤消浪特点及各类护面块体消浪性能基础上提出新型双层开孔消浪板护面结构。     

OWC-开孔浮式防波堤消浪性能的数值研究*

为了使浮式防波堤在消波的基础上兼具发电功能,提出一种新型结构形式——OWC（振荡水柱）-开孔浮式防波堤。对其在规则波作用下的消浪性能进行数值研究,分析了浮堤的间距、开口宽度、锚泊方式、入射角度等因素的影响。结果表明：1）在3种波高、不同周期波况下,与普通双浮堤相比,OWC-开孔浮式防波堤的消浪性能较好;2）浮堤间距和 OWC开口宽度越宽,消浪效果越好;3）锚链不拖地的浮堤消浪性能略优于锚链拖地情况,波浪正向入射比斜向入射时消浪效果好。     

开孔率对开孔板消浪效果影响的数值模拟研究

采用VOF方法,结合k-ε紊流模型建立数值波浪水槽。造波边界采用内源造波法,造波边界后方和波浪水槽出口边界均采用海绵层消波,自由面采用F函数追踪,从而数值模拟了波浪对开孔板的作用。将开孔板前波浪反射系数的数值计算结果与文献[14]的物理模型实验结果进行比较,验证所建立的数值模型及计算方法的正确性。通过改变开孔率,模拟波浪与开孔板作用的开孔板前波浪的反射系数,进而分析了开孔率与波浪反射率的关系。同时,分析了波浪作用下开孔板的迎浪面与背浪面的点压力差变化,并主要探讨开孔率与点压力差的相互影响关系。分析结果表明:随着开孔率α的增大,反射率减小,透射率增大,点压差呈非线性变化。     

明基床上开孔沉箱不规则波水平力试验研究

通过不规则波作用下明基床上开孔沉箱的波浪力物模试验,并综合考虑消浪室相对宽度、相对基床高度、波陡、相对水深、开孔率等影响因素,采用多元回归的方法,拟合给出开孔沉箱所受波浪总垂直力极值时刻对应的总水平力的计算关系式。经对比分析,计算值与试验值吻合良好。     

规则波作用下挡浪板式防浪墙波浪力研究

通过物理模型,对挡浪板式防浪墙的波浪力进行研究。研究表明:规则波作用下挡浪板式防浪墙的水平波浪力和浮托力随时间变化呈双峰现象,水平总波浪力与浮托力随波高、水深的增大而增大,随波坦的增大先减小后增大;挡浪板式防浪墙挡浪板倾角的不同不影响波压力的分布规律,相同工况下,波浪力随倾角的减小而增加。据此,得出不同倾角下水平波压力换算系数公式,并对工程设计提出相应建议。     

波浪力作用下开孔沉箱码头胸墙开裂原因分析

针对开孔沉箱结构现浇混凝土胸墙开裂问题,采取理论分析、数值模拟、现场测试、原型观测、物理模型试验等手段,得出波浪力作用下开孔沉箱上部现浇混凝土胸墙开裂的原因。建立基于互联网+光纤传感技术的开孔沉箱顶板底部波压力在线监测系统,实时获取不同波浪要素下的顶板底部作用力及分布规律,采用物理模型试验测定开孔沉箱在波浪作用下顶板底部受力特征,验证现场监测数据的合理性,并提出工程优化措施的建议。结果表明,波浪力的作用是本工程胸墙开裂的根本原因,应加强早期的防浪工程措施,以减小波浪力的影响。     

直立堤迎浪面小角度变化的波浪力分析

基于FLOW-3D软件,采用推板造波及孔隙消波相结合的方法构建三维数值波浪水池,研究直立堤在波向与迎浪面小角度（≤15°）变化时所受波浪力。数值模拟结果表明：1）墙面测点波浪力在各堤面坡度及各测点之间随波向的变化趋势大体相似,在90°波向时有最大值。2）同一堤面坡度下墙底各测点之间波浪力随波向的变化趋势不尽相同,同时堤面坡度的存在会影响其变化趋势。3）波浪力在墙面上的分布,无论是在何种堤面坡度或任一波向作用下都基本相同。4）墙底波浪力近似梯形分布。5）在大多数波向下,墙面及墙底测点波浪力的最大值出现于堤面具有一定坡度时。     

带1/4圆弧面胸墙的沉箱防波堤的波浪力研究

基于带1/4圆弧面胸墙的沉箱防波堤的波浪水槽物理模型试验,通过对试验中获取的堤身及上部结构波浪压力数据的分析,得出波浪作用下防波堤水平力、胸墙竖向力和防波堤基底浮托力的分布特性,并通过对试验结果的计算分析,提出对合田公式的修正方法,该修正公式适用于带1/4圆弧面胸墙的沉箱防波堤的波浪力计算。     

斜向波浪对斜坡堤胸墙作用力的试验研究

斜坡堤胸墙的稳定性主要受到波浪作用的影响,而且实际工程中斜坡堤多受斜向波浪作用。通过斜向与正向不规则波对斜坡堤胸墙作用的物理模型试验研究,分析斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数随水位和波浪入射角度的变化规律,并与斜向波浪对单元直立堤的作用情况进行对比。结果表明:斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数总体上随着水位的降低而变小,随着波浪入射角度的减小而变小;斜向波浪总浮托力的折减系数一般小于总水平力的折减系数;在不同水位和波浪入射角下,斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数与单元直立堤有一定差别。     

开孔沉箱在日照港四期码头工程中的消浪效果研究

采用波浪整体物理模型试验方法,根据日照港石臼港区四期码头工程平面布置,针对码头结构采用实体沉箱和开孔消浪沉箱两种结构型式,测定E和ENE向港内波况和码头前波高,并在此基础上分析不同水位条件下开孔沉箱的消浪效果。结果显示,在沉箱尺寸、消浪室宽度和开孔率无法改变的前提下,消浪效果与开孔位置有很大关系。当开孔区位于静水位上、下一倍波高范围时,消浪效果最优。建议开孔区布置应尽量与规范保持一致,将开孔区布置在设计高水位附近。     

开孔沉箱重力式码头施工技术及应用

旅顺某码头工程采用开孔沉箱结构,沉箱仓格填料上设置栅栏板,沉箱开孔结构上部在胸墙位置处对应设置消浪室。护舷处沉箱前壁局部与胸墙整体后浇筑,可保证护舷预埋件的安装精度。本文结合开孔沉箱重力式码头的结构特点,总结了其浮运安装工艺与一般沉箱码头的不同之处,可供类似工程提供参考。