[發(fā)明專利]一種氣浮式浮防波堤結(jié)構(gòu)及其物理模型試驗裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710239680.6
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106969904A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何方;冷杰
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;E02B3/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型浮式防波堤及其物理模型試驗裝置，具體涉及一種氣浮式浮防波堤結(jié)構(gòu)及其物理模型試驗裝置。

背景技術(shù)

在海岸、近海工程領(lǐng)域，防波堤作為一種擋浪消波的海岸建筑物得以廣泛應(yīng)用。在防波堤工作過程中，主要通過波浪與防波堤結(jié)構(gòu)單元相互作用，從而削減波浪作用效果，降低波浪透射系數(shù)，掩護后方港池等特定水域。在目前的實際工程中，傳統(tǒng)斜坡式防波堤和直立式防波堤由于自身的一些不足已越來越難以滿足深水海域防波堤建設(shè)的需要，而與之相對的，新型的浮式防波堤不僅可以消減波浪作用效果,而且具有造價低、結(jié)構(gòu)簡單、不破壞水域生態(tài)環(huán)境、適宜軟土海床水域、修建迅速、拆遷容易等特點，以上特點使得浮式防波堤在深海區(qū)域中得以廣泛應(yīng)用。

浮箱式浮防波堤作為主要的浮式防波堤結(jié)構(gòu)型式，具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強、易于維護等特點，其中防波堤單元通過依靠浮箱體中設(shè)置中空區(qū)域為浮箱提供浮力，另為達到吃水要求，還需在中空區(qū)域下方設(shè)置一定質(zhì)量的壓載層用以維持浮箱整體的穩(wěn)定。在實際應(yīng)用中浮箱斷面往往較大，導(dǎo)致存在著建設(shè)材料成本較高的問題。

而在浮式結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，早已有采用壓縮空氣構(gòu)建的封閉氣室為浮體結(jié)構(gòu)提供浮力支持的先例，已投入工業(yè)化使用的就有氣墊船、浮式平臺等結(jié)構(gòu)，但在海岸工程領(lǐng)域，少有關(guān)注采用壓縮空氣構(gòu)成封閉氣室與大氣壓強差作為浮式防波堤提供主要浮力支持的技術(shù)方案。因此，有必要探索設(shè)計上述提及的利用壓強差為浮式防波堤提供主要浮力支持的技術(shù)方案，在確保防波堤原有擋浪消波功能的基礎(chǔ)上，提高浮式防波堤整體穩(wěn)定性，減小浮式防波堤斷面尺寸，降低工程造價。

在浮式防波堤物理模型試驗領(lǐng)域，同樣缺乏對氣浮式防波堤的研究技術(shù)方案和試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計，現(xiàn)有的模型試驗技術(shù)方案往往存在模型本身靈活調(diào)節(jié)性較低、試驗過程中人力成本較高、部分現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)記錄準確率較低等問題，因此在探索設(shè)計利用新型浮式防波堤技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，也應(yīng)對氣浮式防波堤物理模型試驗裝置進行探索設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種新型氣浮式浮防波堤結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的氣浮式浮防波堤結(jié)構(gòu)，其浮體呈倒凹字形，利用浮體內(nèi)部與水體接觸的長方體空間中空氣壓縮至指定壓強形成封閉氣室，依靠封閉氣室內(nèi)壓強與大氣壓強之間的壓力差使封閉氣室內(nèi)氣體對浮體產(chǎn)生向上的作用力，從而對防波堤結(jié)構(gòu)單元起到主要的浮力支撐作用；浮體兩側(cè)設(shè)置有錨鏈，所述浮體通過錨鏈連接至布置于海底的沉塊。本設(shè)計可顯著降低浮體斷面尺寸從而降低防波堤結(jié)構(gòu)材料成本，即從降低工程成本的角度出發(fā)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)型式，提出利用氣室內(nèi)壓強與大氣壓強之間的壓力差對浮體產(chǎn)生向上的作用力的原理為防波堤浮體結(jié)構(gòu)提供主要浮力支持且適用于較深海域的新型浮式防波堤結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還依據(jù)相同的原理，提供了一種氣浮式浮防波堤結(jié)構(gòu)的物理模型試驗裝置。本發(fā)明的氣浮式浮防波堤結(jié)構(gòu)的物理模型試驗裝置，采用波浪模型試驗原則進行設(shè)計，為氣浮式防波堤結(jié)構(gòu)的物理模型試驗的簡潔、高效、精準進行提供了技術(shù)設(shè)計方案。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種氣浮式浮防波堤結(jié)構(gòu)，由浮體、氣流通道、閥門、錨鏈和沉塊構(gòu)成。所述浮體為倒凹字形，為防波堤單元的結(jié)構(gòu)主體，浮體上部設(shè)置有氣流通道，氣流通道由閥門封閉，浮體下部兩側(cè)均安裝有錨鏈；所述錨鏈上部連接至浮體，下部連接至沉塊；所述沉塊安放布置于海床中。

進一步地，所述浮體為倒凹字形，水平安放在水面上，倒凹字形浮體與水面間形成封閉氣室；進一步地，所述氣流通道位于倒凹字形浮體上部，氣流通道由閥門封閉，將氣室與外界限制性連通；所述氣流通道通過閥門與外界大氣連通，在閥門封閉時不允許浮體內(nèi)部封閉氣室與外界發(fā)生氣體交換，且可保持封閉氣室密閉性良好，閥門封閉時需調(diào)節(jié)浮體吃水時，可通過外接氣泵對封閉氣室進行充放氣以達到安裝布置要求。

所述氣浮式浮防波堤結(jié)構(gòu)的受力原理如下：P_w為封閉氣室與外界的壓強差值，封閉氣室水平斷面面積為A，浮體重量為G，浮體自身所受浮力為S，則氣浮式防波堤浮體受力滿足：

受力平衡G＝S+P_WA

其它未說明部分采用已有浮式防波堤設(shè)計施工技術(shù)予以解決。