新型浮式防波堤水动力特性试验研究

结合开孔圆弧型结构和矩形结构在防波堤工程上应用的优点,提出了一种由开孔圆弧、矩形方箱和锚链系统组成的新型浮式防波堤结构.通过二维波浪水槽中的规则波物理模型试验研究了该浮堤的消浪性能、运动和锚链受力等水动力特性与相对宽度(W/L),相对吃水(s/d)等因素之间的关系并与传统的箱型浮堤进行了对比.结果表明在试验范围内该新型浮堤具有消浪效果好、运动幅度小以及锚链受力小等良好的水动力特性.     

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。     

板式开孔防波堤水动力特性及受力研究综述

对板组合式波堤水动力特性及受力研究进行了归纳、总结和评述,包括板式防波堤形式的改变、板式防波堤消能影响因素的研究,以及从物理试验简单的现象分析转变为开孔式防波堤水动力特性和开孔式防波堤受力的分析。当前通过数值仿真技术对开孔式防波堤进行研究不断进步,用数值仿真技术分析开孔式防波堤的消波机理及受力具有重要价值。     

垂直导桩和固定方箱防波堤透射系数研究

本文采用势流理论作为程序设计基础,其中规则波对浮防波堤时域内的作用力,用其时域内积分方程计算,采用边界元作为程序设计方法,浮防波堤三个方向运动的运动方程以四阶Runge-Kutta法编程计算。将锚链锚泊单浮筒浮防波堤水动力特性的计算结果与实验室所做物理模型实验结果差别很小。然后运用该模型计算了不同结构形式以及不同吃水的垂直导桩防波堤和固定方箱透空式防波堤的消浪性能。     

双排浮式防波堤透射系数分析

为研究双排浮式防波堤的水动力特性,本文通过数值模拟的研究方法,在AQWA软件中建立了双排浮式防波堤的数值模型,对正向入射波与一个双排浮式防波堤单元的相互作用进行了研究。在模型验证的基础上,分析了不同周期波浪作用下,锚链刚度、后箱吃水等因素对浮堤的透射系数的影响。结果表明:相同波浪下双排浮式防波堤的消浪效果要优于单排浮式防波堤。研究双排浮式防波堤的消浪性能,可以为实际工程提供一定参考价值。     

底浮箱式防波堤消浪性能、锚链张力及运动轨迹的试验研究

通过物理模型试验,底浮箱式防波堤在定水深和锚碇固位,受规则波、水流作用下,对浮堤的运动状态进行试验研究。对在波浪单独作用和波、流共同作用时,浮堤的消浪性能和锚链张力进行比较性试验,并对浮堤在波浪单独作用下的运动轨迹进行描述。试验结果表明,波浪单独作用的浮堤消浪效果好于波、流共同存在时;锚链张力的变化趋势基本相同;由于浮堤的堤宽与波长相比仅是1/6~1/3,浮堤两弦之间的相位差仅为(1/3～1/1.6)π,因此,浮堤的摇摆角度并不大。     

垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤消浪性能及受力研究

浮式防波堤的锚固方式主要有锚链锚固式和导桩锚固式等,垂直导桩锚固的浮式防波堤在波浪作用下浮体主要进行升沉一个自由度的运动。通过二维波浪物理模型试验对垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的消浪性能和受力情况进行了研究。研究结果表明,同一波高下,垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的波浪透射系数均随着相对宽度B/L的减小而变大。当浮箱相对宽度相同时,波高较大时垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的波浪透射系数较小,尤其对于相对宽度较大(B/L0.2)的情况。与锚链锚固时相比,由于垂直导桩锚固时浮堤的波浪反射和波能损耗均明显增强,垂直导桩锚固时浮堤的波浪透射系数明显减小、消浪性能明显提高。波浪作用下,垂直导桩所受的水平力大小随入射波高的增大而明显增大,导桩所受的正向水平力随着相对宽度B/L的减小(即波浪周期的增长)为减小的趋势,反向水平力随相对宽度B/L的变化规律不明显。     

不开孔式与迎浪侧半开孔式水平板防波堤消浪性能比较研究*

为了提升水平板防波堤的消浪性能与透水性能,设计一种迎浪侧半开孔式水平板防波堤。在不同相对板宽、潜深及波高条件下,通过物理模型试验研究不开孔式与迎浪侧半开孔式两种水平板防波堤的透射系数Kt、反射系数Kr及耗能系数Kh,系统对比两种水平板防波堤的消浪性能。结果表明,在试验参数条件下,迎浪侧半开孔式水平板防波堤的透射系数整体上小于不开孔式水平板防波堤,且两种水平板防波堤的透射系数均在相对板宽为0.166或0.212时达到最小值;两种水平板防波堤反射系数的变化趋势相近,迎浪侧半开孔式水平板防波堤的反射系数整体偏小;迎浪侧半开孔式水平板防波堤的耗散系数整体大于不开孔式水平板防波堤,在相对板宽为0.166或0.212时达到最大值。迎浪侧半开孔式水平板防波堤的消浪性能优于不开孔式水平板防波堤。     

双峰谱波浪作用下组合圆筒型浮式防波堤的消浪性能和锚绳受力研究

海浪大多数情况下是以混合浪的形式出现,现实中单纯的风浪和单纯涌浪出现的机会比较少。本文对一种橡胶材料的组合圆筒型浮式防波堤进行了试验研究,探讨了双峰谱作用下浮堤的消浪性能和锚绳受力特性,并与单峰谱波浪的试验结果做了对比研究。试验结果表明:透射系数随着涌浪谱峰周期的增大而增大,低频部分能量比例越小浮堤的消浪性能越好;浮堤锚绳受力随着低频部分谱峰周期的增大先增大后趋于平稳;低频部分能量比例越大,迎浪侧锚绳受力越大。     

双浮箱与不同形式板组合的浮堤消浪性能试验

对双浮箱与不同形式板组合的浮堤进行二维水槽波浪物理模型试验,探讨水平板入水深度、水平板开孔率、多孔竖直板等因素对浮式防波堤消浪性能的影响,重点分析双浮箱与多孔竖直板组合的浮堤的消浪性能和消浪机理。结果表明,对于双浮箱与水平板组合的浮堤,整体上水平板开孔时的消浪效果优于水平板不开孔时,尤其在波浪周期较长时。随着水平板入水深度的增大,浮堤的波浪透射系数明显减小、消浪效果明显改善,但整体上较双浮箱间无板时,其消浪性能仍无明显提高。与双浮箱间无板时相比,双浮箱间设置多孔竖直板时新型浮堤的波浪透射系数均减小,浮堤的消浪效果均得到明显改善。与双浮箱间无板时相比,双浮箱间设置多孔竖直板时新型浮堤的波浪反射系数均减小、波能损耗系数均增大。双浮箱间设置多孔竖直板时浮堤消浪效果改善的主要原因是双浮箱间的多孔竖直板增强了浮堤的波能损耗。     

新型钢结构浮式防波堤结构

浮式防波堤具有不影响海域物质交换、造价较低等优点,但是其结构连接及锚泊系统要求高的缺点限制了它的发展.为了克服浮式防波堤结构的这个缺点,同时发挥其消浪优势,利用大比尺波浪试验水槽通过物理模型试验对新型钢结构浮式防波堤消浪效果进行验证.试验通过浮式防波堤透射系数(Ct)与相对吃水(t∕D)、相对入水(t∕L)以及防波堤相...     

Numerical calculation method for the hydroelastic response of a pontoon-type very large floating structure close to a breakwater

This paper presents an effective scheme for calculating the wave-induced hydroelastic response of a pontoon-type very large floating structure (VLFS) when it is near a breakwater. The basic numerical calculation method is the one previously developed by the same author for a VLFS in the open sea (no breakwater), which is expanded to include the effect of the hydrodynamic mutual interaction between the breakwater and the floating structure. The efficiency and accuracy of the proposed method are validated through comparisons with other numerical results and with existing experimental results. After that confirmation, various numerical calculations were conducted, paying special attention to the resonance phenomena which will occur depending on the relation between the wavelength and the clearance between the breakwater and the floating structure. The irregular frequency phenomenon which appears in the calculation of the fluid dynamic problem is discussed in the appendices, including a method for its elimination. Received: October 31, 2000 / Accepted: December 19, 2000     

浮式防波堤结构的研究现状

浮式防波堤作为海洋工程中一类重要的防波堤结构,具有优异的经济性和生态环保性。首先概述了海洋浮式防波堤的发展过程,总结了国内外关于浮式防波堤的最新研究成果,简要介绍了浮式防波堤结构形式的试验研究和数值模拟研究,并根据浮式防波堤下部是否设置阻尼结构划分为箱板式和板阻式两种结构形式,重点探讨了目前研究存在的问题和不足,并从耐久性、设计标准规范与新材料等方面对未来浮式防波堤结构的发展和研究方向做出了展望。     

新型柔性浮堤消浪性能的综合试验研究

针对柔性浮式防波堤对短波、长波均有较好掩护效果的优点,提出一种圆木阻尼式柔性浮式防波堤结构。通过二维水槽中规则波物理模型试验,研究该柔性浮式防波堤在有无浮板时的消浪性能,并对试验结果进行对比分析。结果表明:该柔性浮式防波堤对短波、长波都有良好的消波效果,有浮板柔性浮堤优于无浮板柔性浮堤。     

Structural safety assessment of a pontoon-type VLFS considering damage to the breakwater

 A structural safety assessment of a pontoon-type very large floating structure (VLFS) surrounded by a gravity-type breakwater was carried out for extreme wave conditions by considering the damage to the breakwater. Bending and shear collapses are considered to be a failure mode of the floating structure, while overturning damages the breakwater. The probability of the breakwater overturning, and the transmitted wave height before and after damage to the breakwater, are evaluated using design formulae for port and harbor facilities in Japan. The ultimate bending and shear strengths of the floating structure are calculated by the idealized structural unit method (ISUM) and FEM, respectively. The calculated failure probability for the floating structure is compared with the specified target safety level. It was found that the floating structure under consideration is most likely to fail by bending in transverse waves, and that the corresponding failure probability satisfies the target level. Received: September 12, 2002 / Accepted: October 4, 2002 Acknowledgment. The authors are grateful to Dr. Shigeo Ohmatsu, National Maritime Research Institute, Japan, for allowing us to use the program of hydroelastic response analysis. Address correspondence to: M. Fujikubo (e-mail: fujikubo@naoe.hiroshima-u.ac.jp) Updated from the Japanese original, which won the 2002 SNAJ prize (J Soc Arthit Jpn 2002;190:337–345)     

浅水区域浮箱式防波堤结构形式的试验研究

介绍了2种浮箱结构型式的防波堤(L型中浮箱和L型边浮箱),3种类型(L型边浮箱、H型边浮箱、T型边浮箱)的浮式防波堤,对浅水区域浮箱式防波堤结构形式进行了实验室物理模型试验研究。得到了在规则波作用下的浮式防波堤的消浪效果和透过率。本次试验结果表明,在浅水波情况下,相同周期时的防波堤越宽波浪的透过率较小;同一形式尺寸的防波堤,透过率随着周期加长而逐渐增大。     

多体浮式防波堤消波特性数值模拟

多体浮式防波堤消波特性是决定其应用价值的重要因素,基于三维势流理论,通过使用Ansys Workbench软件和AQWA Graphical Supervisor(AGS)图像后处理软件,对多体浮式防波堤在不同入射角和浮筒吃水深度下的消波效果展开研究。结果表明,在入射角度为90°时,多浮筒浮式防波堤能够最大程度地消减波浪。同时,透射系数随吃水深度的增加而不断减小,但结构稳定性会下降。因此,实际工程中应尽量保证浮式防波堤的迎浪面与波浪的来波方向垂直,这样可以获得较好的消波效果,同时应尽量避免选择吃水深度过大的浮式防波堤。     

集装箱浮式防波堤研究与应用

根据港珠澳大桥香港人工岛工程的实际需求,论证各种防波堤方案,并采用数值模拟和三维势流理论对集装箱浮式防波堤进行设计计算.集装箱浮式防波堤消浪效果明显、成本低,解决了深水区格形钢板桩大圆筒的施工问题;大部分构件可利用废旧材料加工,符合绿色发展的环保理念;结构简单,具有快速安装、快速转移、快速拆卸等特点,便于周转使用.集装箱浮式防波堤在香港人工岛工程中应用效果良好,作为一种海上临时挡浪结构,具有很好的推广应用价值.     

规则波作用下矩形浮式防波堤的消浪性能试验研究

探讨了正向入射的规则波与矩形浮式防波堤的相互作用关系,矩形浮式防波堤采用4条锚链与地基连接.通过试验研究了结构相对堤宽(W/L)、相对波高(H/d)、以及相对水深(s/d)等对波浪透射系数的影响.通过对试验数据的拟合,给出了(W/L)0.5的计算公式.     

新型浮式植物体消浪试验

针对一种浮式植物消浪装置的消浪效果展开试验研究,在植物高度大于波高的前提下,分析其在规则波作用下消浪效果的影响因素,通过大量水槽试验给出了植物消浪装置透射系数及反射系数与植物密度、植物带相对宽度、波陡之间的关系。研究结果表明,该浮式植物消浪装置具有良好的消浪效果,在植物带高度大于波高的前提下,植物带密度和相对宽度是影响消浪效果的最重要因素。