潜堤、挡板式透空堤组合结构合理性及消浪特性研究

随着港口及泊位向深海迈进,传统实体防波堤造价高且透水性差等问题愈发突显。结合大潮差海域港口的透水与消浪需求,提出一种潜堤与挡板式透空堤组合消浪结构,以兼顾高、低潮位下的消浪效率。波浪与单独潜堤或挡板式透空堤的相互作用已有相关研究与应用,然而在国内外尚无组合使用的先例,针对这方面的研究也相对欠缺。通过波浪物理模型试验等手段,首先针对波浪经过潜堤时非线性效应带来的能量谱改变开展研究,并对比单独潜堤、单独挡板式透空堤与组合式防波堤的消浪性能,验证了组合式防波堤的合理性;然后,针对不同工况下潜堤及挡板式透空堤组合结构的消浪特性开展试验,并结合数值计算提出组合式防波堤间距选取建议。相关结论可为此类工程设计及应用提供依据。

波浪力对桩基挡板式透空堤作用的有限元分析

以工程实例为研究对象,依据实际结构尺寸建立透空堤的有限元模型。基于有限元和动力响应的基本原理,应用有限元软件ANSYS对透空堤进行静力分析、模态分析和功率谱密度随机振动分析。结果表明,需要加强对透空堤桩基嵌固点处以及海侧第1、第3榀架桩基的应力防护,以提高透空堤的安全性。同时,通过比较可知,波浪荷载引发透空堤共振时,桩顶面和泥面处节点位移超出了中国船级社规定的限值,出现安全隐患,为此提出加大桩径、桩周填石以及桩内灌注混凝土等措施,以保障透空堤的安全性。

桩基挡板式透空堤底板波浪的上托力

波浪对底板的上托力是桩基挡板式透空堤设计的重要参数。通过波浪模型试验,分析波陡、超高等因素对其底板波浪上托力冲击压强的影响,采用因次分析和线性回归方法,得到1.67<d/H<3.23,0.03<H/L<0.1,-0.16<Δh/H<0.48波浪条件下,桩基挡板式透空堤底板波浪上托力冲击压强的计算公式,并与以往公式进行比较。试验资料表明,该公式与试验值有较好的一致性。

V形挡板式透空堤后的波高分布数值分析

该文基于有限体积法开源软件OpenFOAM,求解不可压缩流体的连续方程和Navier-Stokes方程,建立了V形挡板式透空堤的波浪透射、绕射和越浪的三维数值波浪水池模型。控制体采用三维长方体,结构物周围进行了网格加密。在将数值计算结果与实验结果比较后验证了数学模型的准确性基础上,对60°夹角V形挡板式透空堤后的波高分布进行数值模拟,分别计算了竖板顶部高出静水面时仅有透浪和竖板顶部位于静水面时透浪加越浪情形下,相对水深d/L对V形挡板式透空堤后波高分布的影响。计算结果表明:仅有透浪情形,相对水深对V形挡板式透空堤后的比波高分布有较大的影响,V形挡板式透空堤对较短周期的波浪有较好的掩护效果。对比竖板相对入水深度t/d相同时仅有透浪和透浪加越浪情形,可见竖板顶部的越浪量主要影响堤后竖板附近区域的波高分布。

单挡板桩基透空堤的透浪系数物理模型试验

依托实际工程,对桩基挡板式透空堤的消浪特性开展物理模型试验研究,优化堤型结构,并将前人的研究成果进行应用。结果表明,对于受越浪影响较大的防波堤,堤后透射系数与堤顶越浪和堤底透浪有关,有必要在计算时考虑堤顶越浪这个因素;对桩基挡板式透空堤进行设计优化时,可以通过增加挡浪板的入水深度或增加堤顶高程或两者同时调整等方式增强其消浪特性;推荐使用Wiegel公式进行单挡板桩基透空堤透浪系数的估算;各家公式有各自的适用条件且针对的结构形式较简单,运用到实际工程中存在误差,需要分析不同工程所处的环境特点及结构设计特点,合理选择公式进行计算。