[发明专利]一种反弧形防波堤总水平波浪力的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于海岸工程技术领域，涉及一种具有半圆连续反弧形结构组成的防波堤，本发明还涉及该反弧形防波堤总水平波浪力的计算方法。

背景技术

为了满足船舶大型化，港口码头深水化和专业化的要求，对作为主要港口水工建筑物的深水防波堤也提出了更高的要求。圆筒形结构由于能够适应外海水深浪大、地质条件复杂等要求得到了广泛的应用。圆筒结构所受的波压力为径向力，沿圆沉箱纵轴线波压力的水平分力将相互抵消，结构受力状态好。另外，圆筒结构还具有材料用量少，结构简单、预制安装方便等诸多优点。但是圆筒形防波堤也有其不足，由于迎浪面由多个半圆柱形曲面构成，波峰在接触到筒体后很快分向两侧推进。在两圆筒的接合处形成波峰的汇集区。该区的波浪振幅要比筒前大很多，并且形成底部护肩有严重的冲刷现象。对圆筒结构的强度计算也有很大影响。因此，有必要发明一种新型防波堤结构以达到吸收圆筒结构的优点并弥补其缺点。

根据防波堤发展的历史和各国使用防波堤的经验，实体直立式防波堤的优化和改进一般通过以下四种方式以达到不同的防波体的功能要求：改进堤的上部结构；改变墙面的几何形状；采用消波结构；在直立堤前建斜坡堤。总结前人研究成果，在各种结构优化思路的指引下，近年出现的V形浮式防波堤可以为防波堤的结构优化提供借鉴。该种防波堤俯视为V形，通过V形结构的尖端朝向波浪的来向，将来波展开和反射，使入射波在V形防波堤的内域中衰减，从而在防波堤内及防波堤的下风处“创造”一片静水。美国军方的RIBS(Rapidly Installed Breakwater System)就是此种结构的典型范例，日本曾用类似装置作为油轮失事后防油污染的围栏。另外，在海岸防护中，为了防止海岸侵蚀，人们通过修建离岸堤来实现保滩促淤，离岸堤修建后，会在离岸堤和海岸之间形成V形和半圆形连续出现的类似韵律海岸的稳定岸线形态，能很好的适应波浪对海岸的冲击。由此种韵律海岸的海岸地貌平面形态，从“遵循顺水之性，因势利导”的方法出发，我们可以在此基础上发展成一种稳定的护岸结构，这也符合对传统防波堤进行改进的方法中，通过改变墙面几何形状的思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种反弧形防波堤，具有圆筒形防波堤的优点，能使平行于防波堤轴线的波压力相互抵消，另外其向外开口的弧形设置能有效引导波浪水流的流动，有效降低圆筒形防波堤在衔接处的波压力强度。

本发明的另一目的是提供该反弧形防波堤总水平波浪力的计算方法，为今后工程设计应用该防波堤结构形式提供科学依据。

本发明所采用的技术方案是，一种反弧形防波堤，包括前墙为连续的半圆筒形的弧形迎浪面结构，前墙的后面为方形沉箱结构。

本发明所采用的另一种技术方案是，一种反弧形防波堤总水平波浪力的计算方法，通过以下公式计算：

P＝K_pP_Z

式中：K_p为修正系数，P为作用在反弧形防波堤上的水平波浪力，P_Z为作用在合田良实直墙式防波堤上的水平波浪力；

其中，修正系数K_p＝0.91。

本发明的有益效果是：

(1)半圆反弧形防波堤波压力垂向分布与直墙式防波堤类似，静水位附近为三角形分布，静水位以下为抛物线分布；反弧形防波堤波压力环向分布为：波峰作用时，圆弧中心断面波压强最大，沿圆弧角度的增大，波压强减少。波谷作用时，波压强基本相等，呈均匀分布。值得指出的是，即便在波峰作用时，波压强沿断面分布不同，但其相差并不大，受力状态比圆筒形防波堤要好。

(2)半圆反弧形防波堤波压强随波高、周期的增大而增大。

(3)半圆反弧形防波堤总水平波浪力计算宜采用修正后的合田良实公式，计算分析表明，反弧形防波堤水平波浪总力比同等尺度直墙式防波堤的波浪力小10％左右。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2试验模型结构示意图

图3是反弧形防波堤水平波压力测点布置图。

图4是相对压强垂向分布图。

图5是波峰作用时环向压强分布图。

图6是波谷作用时环向压强分布图。

图7为波高不同时测压断面1压强分布图。

图8为波高不同时测压断面2压强分布图。

图9为波高不同时测压断面3压强分布图。

图10为周期不同时测压断面1压强分布图。

图11为周期不同时测压断面2压强分布图。