[发明专利]一种外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤及其数值计算方法

说明书

一种外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤及其数值计算方法，属于防波结构技术领域。包括内外侧钢筋网、多孔石料填充层、圆筒形格栅、钢管横梁。多孔石料填充层位于圆筒形格栅内部，由内外侧钢筋网夹持固定，内外侧钢筋网、圆筒形格栅在任意水平截面为同心圆环。内外侧钢筋网底部与海底之间固定连接，外接圆筒形格栅、内外侧钢筋网之间通过多根钢管横梁固接。根据比例边界有限元方法计算圆环柱形防波堤的受力，数值结果表明圆环柱形防波堤具有较好的防波性能。本发明提供的防波堤将开孔结构和带多孔填充夹层开孔结构相结合，通过调整开孔系数和填充系数，集二者优点于一体，防波效果显著；且开孔格栅和多孔石料层相互独立，设计简单，便于施工。

技术领域

本发明属于防波结构技术领域，涉及一种外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤，具体的说就是一种能够通过多孔石料填充层和圆筒形格栅吸收海水部分波浪力，从而使其所包围范围内结构物免受过大波浪力的防波结构。

背景技术

近些年来在海洋油气、海洋运输、海洋渔业、滨海旅游以及海洋新能源等产业的发展，越来越多的海上建筑应运而生，比如海上钻井平台、人工岛、大型跨海大桥等等，这些海上构筑物为经济发展和社会的进步起着举足轻重的作用，但是由于所处环境的特殊性，这类构筑物相比于陆上建筑更易受到破坏，各种海洋灾害，如灾害性海浪、风暴潮甚至海啸等对海上构筑物来说都是巨大的考验，如果防范措施不合理，一旦遭到破坏，若发生在海洋开采领域可能造成原油泄漏，破坏海洋生态系统，甚至发生爆炸造成更严重的生命财产安全，如若发生在海上交通领域，后果的严重性更是难以估量的，因此认识和掌握降低海上建筑物所受波浪力的技术十分必要。

减小或者防治这些海洋自然灾害的有效途径之一就是通过相关的技术设备，在海上或者海岸修筑配套的海洋工程设施。其中开孔结构由于具有良好的减小波浪反射和自身所受波浪力的特性，在港口、海岸和近海工程中被逐渐推广应用，而带多孔填充夹层的开孔结构作为传统开孔结构的一种扩展，尚未见国内外学者研究与应用。因此，本发明首次提出一种外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤，这种防波堤将开孔结构和带多孔填充夹层开孔结构相结合，通过调整开孔系数和填充系数，集二者优点于一体，并且采用一种新兴的数值模拟方法比例边界有限元方法证明了这种防波结构具有较好的防波性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤，具体的说就是一种能够借助外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤耗散海水波浪能量，从而达到保护其中结构物作用的防波结构。

首次提出一种外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤。这种防波堤将开孔结构和带多孔填充夹层开孔结构相结合，通过调整开孔系数和填充系数，集二者优点于一体，比例边界有限元数值结果证明了其降低其保护范围内结构物所受波浪力的有效性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤，包括内侧钢筋网1、多孔石料填充层2、外侧钢筋网3、圆筒形格栅4、钢管横梁5。所述的多孔石料填充层2位于圆筒形格栅4内部，由内侧钢筋网1、外侧钢筋网3夹持固定，内侧钢筋网1、外侧钢筋网3、圆筒形格栅4在任意水平截面为同心圆环。所述多孔石料填充层2的空隙率和线性阻力系数是均匀的，所述圆筒形格栅4开孔系数是均匀的，所述内侧钢筋网1、外侧钢筋网3仅起到对两者之间多孔石料填充层的夹持固定作用，其对防波结构空隙率和线性阻力系数的影响可忽略不计。内侧钢筋网1和外侧钢筋网3均与海底7之间固定连接，所述外接圆筒形格栅4的圆环柱形防波结构顶部高程大于海平面6高程，所述外接圆筒形格栅4、内侧钢筋网1以及外侧钢筋网3之间通过多根钢管横梁5焊接相连。

上述外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤通过多孔石料填充层和圆筒形格栅吸收海水部分波浪力，从而达到避免其所包围范围内结构物承受过大波浪力的防波结构。设圆筒形格栅半径为b，外侧钢筋网半径为c，内侧钢筋网半径为a，多孔石料填充层空隙率为ε，线性阻力系数为f；圆筒形格栅开孔系数为G，海水深度为H，防波结构直立且底端与海底固定连接。计算过程中，还将用到以下参数：液体密度ρ，重力加速度g以及惯性系数λ。