港口水工建筑物之透空樁基式防波堤講義

1、港口工程新結(jié)構(gòu)透空式防波堤 實(shí)驗(yàn)研究組員：周秉軒、曹祝賓日期：2017.03.08論題大綱contents01研究背景實(shí)驗(yàn)方法與研究結(jié)果02研究結(jié)果對(duì)比分析03總結(jié)展望041研究背景 研究背景傳統(tǒng)防波堤之構(gòu)筑易阻礙港內(nèi)外海水流通性，形成半封閉性水域，堆積各種雜物，產(chǎn)生刺鼻異味，進(jìn)而影響附近海域水質(zhì)環(huán)境，破壞當(dāng)?shù)厮蛏鷳B(tài)。為此，上世紀(jì)末提出的透空式防波堤受到環(huán)保人士及工程業(yè)界的廣泛關(guān)注。該結(jié)構(gòu)型式利用柔性工法之理念，根據(jù)波浪能98%集中于距離水面三倍波高范圍內(nèi)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)上部擋水，下部透水的結(jié)構(gòu)型式，以達(dá)到堤后水域穩(wěn)定及水質(zhì)改善的功效。 介紹透空式防波堤介紹透空式 防波堤 由不同結(jié)構(gòu)形式的支墩和

2、在支墩之間沒入水中一定深度的擋浪結(jié)構(gòu)組成 ，利用擋浪結(jié)構(gòu)擋住波能傳播 ，達(dá)到減小港內(nèi)波浪的目的。支墩采用重力式 、樁式或管柱式結(jié)構(gòu)。擋浪結(jié)構(gòu)可采用箱式 、擋板式和帶消能柵的擋板式等形式。優(yōu)勢(shì)：擋浪結(jié)構(gòu)其掩護(hù)作用，能避免大量的用石 施工快捷 、拆除方便 對(duì)港口自然狀況影響較小 可以不做地基處理 工程造價(jià)低劣勢(shì)：不能阻止泥沙入港 不能減小水流對(duì)港內(nèi)水域的干擾 2實(shí)驗(yàn)與研究結(jié)果實(shí)驗(yàn)研究樁基雙擋板透空式防波堤水平壓力實(shí)驗(yàn)?zāi)康模横槍?duì)在波浪要素不同，前后擋板如水深度 不同，前后擋板結(jié)構(gòu)形式不同的情況下， 著重研究透空式防波堤水平受力問題實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿缬覉D水槽模型如右圖實(shí)驗(yàn)介紹實(shí)驗(yàn)研究樁基雙擋板透空式防波堤水平

3、壓力實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)參數(shù)：通過改變水深度 t、有效波長 L 、有效周期等來研究水動(dòng)力特性試驗(yàn)方法和試驗(yàn)組次：間隙式生波方式每組波列的持續(xù)時(shí)間約為5.0 6.0min波數(shù)約為 120 150 個(gè)，試驗(yàn)總計(jì)135組，每組試驗(yàn)重復(fù) 3 次實(shí)驗(yàn)研究樁基雙擋板透空式防波堤水平壓力實(shí)驗(yàn)水平點(diǎn)壓強(qiáng)分布規(guī)律結(jié)果分析水平點(diǎn)壓強(qiáng)隨波坦變化規(guī)律分析：前擋板 靜水面以上 波坦 壓強(qiáng) 靜水面以下 波坦 壓強(qiáng)后擋板 波坦 壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)研究樁基雙擋板透空式防波堤水平壓力實(shí)驗(yàn)水平點(diǎn)壓強(qiáng)隨相對(duì)入水深度變化規(guī)律結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)研究樁基雙擋板透空式防波堤水平壓力實(shí)驗(yàn)水平點(diǎn)壓強(qiáng)隨相對(duì)入水深度變化規(guī)律結(jié)果分析1.前后擋浪板如水深度一致相對(duì)如水深度 相

4、對(duì)波壓強(qiáng)2.前后擋浪板如水深度不一致后擋浪板保持不變時(shí) 前擋浪板 波壓強(qiáng)前擋浪板保持不變時(shí) 后擋浪板 波壓強(qiáng) 擋浪板如水深度越小，擋浪效果效果越差對(duì)相對(duì)波壓強(qiáng)影響較大的因素是前擋浪墻的入水深度實(shí)驗(yàn)研究樁基雙擋板透空式防波堤水平壓力實(shí)驗(yàn)水平點(diǎn)壓強(qiáng)隨擋板結(jié)構(gòu)形式的變化規(guī)律結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)研究樁基雙擋板透空式防波堤水平壓力實(shí)驗(yàn)水平點(diǎn)壓強(qiáng)隨擋板結(jié)構(gòu)形式的變化規(guī)律結(jié)果分析不開孔前后錯(cuò)位開孔前后不錯(cuò)位開孔相對(duì)波壓強(qiáng)開孔時(shí)，錯(cuò)位開孔所消耗的能量較大，此時(shí)削浪效果最好實(shí)驗(yàn)研究樁基雙擋板透空式防波堤水平壓力實(shí)驗(yàn)結(jié)論：1.水平力與波浪要素，前后擋板相對(duì)如水深度結(jié)構(gòu)形式都 有關(guān)，其中前擋浪板相對(duì)入水深度是影響相對(duì)點(diǎn)壓強(qiáng)

5、分布 的主要因素； 2.前后擋浪板開孔與否對(duì)其水平相對(duì)點(diǎn)壓強(qiáng)也有很大影響。結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)研究波長對(duì)樁基透空式防波堤透浪性的影響實(shí)驗(yàn)介紹目的：研究波長對(duì)透空式防波堤透浪性能的影響實(shí)驗(yàn)研究波長對(duì)樁基透空式防波堤透浪性的影響實(shí)驗(yàn)介紹實(shí)驗(yàn)研究波長對(duì)樁基透空式防波堤透浪性的影響數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較高的可信度Wiegel公式防波堤設(shè)計(jì)與規(guī)范公式實(shí)驗(yàn)研究波長對(duì)樁基透空式防波堤透浪性的影響數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果有高的可信度實(shí)驗(yàn)研究波長對(duì)樁基透空式防波堤透浪性的影響數(shù)據(jù)分析相對(duì)水深、波陡較大相對(duì)入水深度透浪系數(shù)相對(duì)水深、波陡較小相對(duì)入水深度透浪系數(shù) 當(dāng)入射波波陡較小時(shí)，試圖通過加大擋浪板入水深度來減小港內(nèi)投射波高，其效

6、果并不理想； 擋浪板相對(duì)入水深度接近時(shí)，相對(duì)水深較大，防波堤消浪效果好，相對(duì)水深小則消浪效果欠佳。實(shí)驗(yàn)研究波長對(duì)樁基透空式防波堤透浪性的影響數(shù)據(jù)分析將帶“*”的3組數(shù)據(jù)繪制成曲線如圖所示當(dāng)防波堤達(dá)到同樣的消浪效果時(shí)，波陡越大時(shí)擋浪板的相對(duì)水深越小，反之，波陡越小，則擋浪板如水深度越大。實(shí)驗(yàn)研究波長對(duì)樁基透空式防波堤透浪性的影響結(jié)論1.工程1和工程2防波堤的斷面寬度不同，樁基結(jié)構(gòu)不同，但實(shí)測(cè)的透浪系數(shù)與理論計(jì)算均較接近，說明通常情況下斷面寬度并不是影響防波堤透浪的主要因素；2.通過對(duì)兩個(gè)防波堤實(shí)測(cè)透浪系數(shù)的分對(duì)比可以得到，入射波波長是港內(nèi)投射波高大小的主要影響因素；3.波長較短時(shí)，消浪效果好，波

7、長較長時(shí)反之；由以上三點(diǎn)還可得出：當(dāng)外海入射波的周期較大時(shí)，應(yīng)該避免使用透空式防波堤，以使港內(nèi)有良好的的泊穩(wěn)條件。實(shí)驗(yàn)研究多層直立開孔擋板透空式防波堤消浪性能試驗(yàn)研究試驗(yàn)介紹新想法：波浪水質(zhì)點(diǎn)做橢圓運(yùn)動(dòng)，不同波要素下 的水質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡不同，可設(shè)計(jì)一 種不同開孔率，不同底高程多層直立擋 浪板透空式防波堤。 實(shí)驗(yàn)研究多層直立開孔擋板透空式防波堤消浪性能試驗(yàn)研究試驗(yàn)介紹 擋浪板1,3基于高水位情況開孔； 擋浪板2,4基于低水位情況開孔； 一塊板上，孔數(shù)、孔長軸長度、孔短軸長度從上到下依次減少實(shí)驗(yàn)給出了5種板距布置方案實(shí)驗(yàn)研究多層直立開孔擋板透空式防波堤消浪性能試驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)分析低水位時(shí)：周期為1.

8、2s,1.5s時(shí)方案4,5效果好 周期為1.8s時(shí)，5種方案效果相當(dāng)高水位時(shí)：對(duì)三種波周期來說，方案5稍好與方案4板距對(duì)消浪效果的影響實(shí)驗(yàn)研究多層直立開孔擋板透空式防波堤消浪性能試驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)分析波高對(duì)消波的影響消浪系數(shù)隨著波高的增大而增大實(shí)驗(yàn)研究多層直立開孔擋板透空式防波堤消浪性能試驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)分析波長對(duì)消波的影響低水位時(shí)，消浪系數(shù)隨波長的增加而先變小后增大；高水位時(shí),波長增大，消浪系數(shù)也增大，未出現(xiàn)先減小后增大的情況。實(shí)驗(yàn)研究多層直立開孔擋板透空式防波堤消浪性能試驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)分析波坦對(duì)消波的影響消波系數(shù)隨著波坦的增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)研究多層直立開孔擋板透空式防波堤消浪性能試驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)

9、結(jié)論1.板距布置方式對(duì)短周期波的消浪性能有較大的影響，延波浪傳播方向，隨著板距的減小，消浪性能提升；2.隨著波高的增加，消浪性能增加；3.低水位時(shí)，隨著波長的增加，消浪性能先降低后提升; 高水位時(shí)，隨著波長的增加，消浪性能提升; 模型對(duì)長波表現(xiàn)出較好的效果;4.隨著波坦的增加，消浪性能先降低后升高；波坦較大時(shí)，消浪效果較好，高水位時(shí)，消浪效果更好，說明該防波堤更適用于水深較大的海域。3研究結(jié)果對(duì)比分析對(duì)比分析關(guān)于影響透空式防波堤消波能力的因素前擋浪板相對(duì)如水深度是影響相對(duì)點(diǎn)壓強(qiáng)分布的主要因素。 樁基雙擋板透空式防波堤水平壓力實(shí)驗(yàn)與計(jì)算斷面寬度并非影響防波堤透浪的主要因素。 波長對(duì)樁基透空式防波

10、堤透浪性能的影響入射波波長是港內(nèi)透射波波高大小的主要影響因素。 波長對(duì)樁基透空式防波堤透浪性能的影響在不規(guī)則波作用下?lián)趵税逑鄬?duì)入水深度是影響透浪系數(shù)的最重要因素。 樁基擋板透空式防波堤透浪特性研究隨著相對(duì)堤寬增大透浪系數(shù)降低 ，但大到一定程度時(shí)，繼續(xù)增加其值對(duì)降低透浪系數(shù)的效果并不顯著。 樁基擋板透空式防波堤透浪特性研究對(duì)比分析關(guān)于波長對(duì)消浪效果的研究長周期波浪的透浪特性更強(qiáng)。 樁基擋板透空式防波堤透浪特性研究有效波高一定的情況下，波長越小，在透空堤前反射越厲害 ，越容易形成立波，從而造成靜水面以上波壓力增大，由于反射對(duì)波能的消耗，靜水面以下各點(diǎn)壓強(qiáng)則逐漸減小。 樁基雙擋板透空式防波堤水平壓力