帶圓弧板的π型樁基透空式防波堤及其設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種防波堤，具體設(shè)及一種粧基透空式防波堤及其設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 粧基透空式防波堤結(jié)構(gòu)自上世紀60年代被提出W來，已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，其 中的一些結(jié)構(gòu)型式已經(jīng)應(yīng)用到了實際工程中。現(xiàn)有的透空式防波堤主要有粧基擋板透空 堤、梳式透空堤、T型透空堤W及倒T型透空堤等幾種形式，運些傳統(tǒng)的透空式防波堤結(jié)構(gòu) 雖然具有造價低廉、施工方便、適用于軟基等優(yōu)點，但是其缺點也十分明顯，例如在長周期 波浪作用下，透空堤的消浪效果十分有限。此外，透空堤的上部結(jié)構(gòu)往往承受較大的波浪 力，在惡劣海況下，上部結(jié)構(gòu)易發(fā)生破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶圓弧板的n型 粧基透空式防波堤及其設(shè)計方法，利用圓弧板、腹板與底板圍成的消能室，加大對波能的耗 散，W減小堤后方的透射波高；利用圓弧形結(jié)構(gòu)受力特性較好的特點，降低惡劣海況下上部 結(jié)構(gòu)因受力較大而發(fā)生破壞的可能性，W克服現(xiàn)有結(jié)構(gòu)對長周期波浪消浪效果不明顯W及 上部結(jié)構(gòu)易被波浪打壞的缺陷。
[0004] 技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種帶圓弧板的n型粧基透空式防波堤，包括下部的粧 基礎(chǔ)及上部的擋浪結(jié)構(gòu)，通過粧基礎(chǔ)上的橫梁支撐所述擋浪結(jié)構(gòu)，所述擋浪結(jié)構(gòu)包括圓弧 板、腹板、底板和肋板，所述圓弧板、頂部連接圓弧板的兩個腹板、連接腹板底部的底板構(gòu)成 n型截面預(yù)制件，所述肋板固定腹板及底板。 陽0化]進一步，所述粧基礎(chǔ)包括每隔5m設(shè)置的橫向排架，所述橫向排架包括四根鋼管 粧，其中兩根為直粧，另外兩根為叉粧，叉粧能夠抵御防波堤在使用過程中可能受到的較大 水平荷載。
[0006] 進一步，所述橫梁為截面為倒T形的鋼筋混凝±橫梁。
[0007] 進一步，所述圓弧板上開設(shè)有排氣孔，開孔率為5%，降低消浪空箱內(nèi)部的氯離子 濃度，防止構(gòu)件內(nèi)的鋼筋過快腐蝕。
[0008] 進一步，所述腹板上開設(shè)有矩形的消浪孔，開孔率為15%~35%，起消能作用。
[0009] 進一步，所述底板上開設(shè)有泄壓孔，開孔率為10%~20%，可W有效減小波浪對 上部結(jié)構(gòu)的上托力。
[0010] 上述帶圓弧板的n型粧基透空式防波堤的設(shè)計方法，包括W下步驟：
[0011] 首先確定防波堤的基粧入±深度、粧徑大小、橫梁尺寸、圓弧板曲率半徑，然后通 過W下方法對應(yīng)地計算出防波堤上部結(jié)構(gòu)的波壓力強度：
[0012] 當?shù)添敻叱谈哂谟嬎闼?. 7倍設(shè)計波高時，波峰作用于圓弧板上的波壓力強度 可按下列方法確定：
[0013] (1)首先將圓弧板等效成相同高度的直立墻，按合田公式計算出直立墻上的波壓 力，其中計算水位W上的高度n、計算水位處的波壓力強度PsW及直立墻底面處的波壓力Pb按下列公式計算：
[0014]n=i.甜 （1) 陽015] Ps=aS丫H似
[0016] Pb=abPs 做
(4) 例
[0019] 式中：H是設(shè)計波局，單位為m; ; 丫是水的容重，通常取9. 8kN/m3;aS、Qb是計算 系數(shù)；Ahi是計算水位與圓弧板最下緣高程差，單位為m;L是設(shè)計波長，單位為m;p,和Pb 的單位為kPa;
[0020] (2)波峰作用于圓弧板上的波壓力強度，按下列公式進行相位修正：
[0021] n ' = n (6) 陽 02引 Ps, =Ps (7) 陽02；3] Pb'=入pPb做
(9,
[00巧]式中：n'是圓弧板上的波壓力圖形零點在計算水位W上的高度，單位為m;p,' 是圓弧板上計算水位處的波壓力強度，單位為kPa;Pb'是圓弧板最下緣處的波壓力強度， 單位為kPa;Ap是堤頂出水時的相位修正系數(shù)；Al是圓弧板上的Ps'與Pb'作用點間的 水平距離，單位為m;
[0026] 做波峰作用于圓弧板上各點的波壓力強度，其方向應(yīng)垂直于圓弧板面，按下列公 式進行角度修正：
[0027] P( 0 ) =P狂）'COS0 (10)
[0028] 式中：p(目）是圓弧板上的波壓力強度，單位為kPa;p狂）'是經(jīng)相位修正后Z點 的波壓力強度，單位為kPa，Z點為自圓弧板最下緣起算的垂直高度，由P,'和Pb'經(jīng)內(nèi)插求 得；0是波壓作用點的圓屯、角，單位為度；
[0029] 當?shù)添敻叱涛挥诨虻陀谟嬎闼唬覉A弧板的外半徑與波長之比不大于0.085 時，波峰作用于圓弧板上的波壓力強度可按下列方法確定：
[0030] (1)首先將圓弧板等效成相同高度的直立墻，按式（1)~式（5)計算直立墻上的波 壓力強度，再進行相位修正和角度修正，相位修正方法如下：
[0031] n' =n(11) 陽 03引 =Ps(。）
[0033]Pb' = Ap' Pb (13) (14)
[0035] 式中：Ap'是堤頂淹沒時的相位修正系數(shù)；（AI)'是圓弧板上的Pb'作用點與 堤頂間的水平距離，單位為m;
[0036] (2)波峰作用于圓弧板上各點的波壓力強度，其方向垂直于圓弧板面，按式（10) 進行角度修正；
[0037]當n型構(gòu)件底板高程低于計算水位時，底板上常受到波浪上托力作用，透空式水 平底板下最大總上托力與最大沖擊壓強通常不同步發(fā)生，它們所對應(yīng)的壓強分布形式也常 常不一致，一種為均勻型分布，主要對應(yīng)于平板的最大總上托力；另一種為局部沖擊型分 布，主要對應(yīng)于局部最大沖擊壓強，均勻分布壓強歹可按下列公式計算：
(15) U6) (17) (18}
[0042] 式中：P為n型構(gòu)件底板受到的最大總上托力，單位為kN;B是底板總寬，單位為 m;Ahz是底板底部距計算水位的距離，單位為m;n。是波面最大上升高度，單位為m;h是堤 前水深，單位為m;x是波浪在底板上的作用寬度，單位為m;如果X>B，則取X=B;歹為 均勻分布壓強，單位為kPa;
[0043]局部最大沖擊壓強Pi可按下列公式計算：
(19)
[0045] 式中：Pi為局部最大沖擊壓強，單位為kPa;Ah為底板底部距靜水面的距離，單位 為m;
[0046] 按上述方法計算得到防波堤上部結(jié)構(gòu)的波壓力強度后，再根據(jù)《水運工程混凝± 結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》進行板、梁構(gòu)件的配筋計算即可。
[0047] 有益效果：1、本發(fā)明粧基透空式防波堤的上部結(jié)構(gòu)采用圓弧板、腹板、肋板和底板 的組合，利用圓弧板良好的受力特性，有效減小上部結(jié)構(gòu)被波浪破壞的概率；利用圓弧板、 腹板、底板組成的消浪空箱，有效降低透射到堤后方的波浪能量，在長周期波浪作用下，仍 具有較好的消浪效果；
[0048] 2、本發(fā)明圓弧板頂部設(shè)有排氣孔，能有效降低消浪空箱內(nèi)的氯離子濃度，避免預(yù) 制件內(nèi)部的鋼筋過快腐蝕，從而影響到建筑物的使用壽命；
[0049] 3、本發(fā)明腹板上設(shè)有消浪孔，波浪通過外海側(cè)腹板上的消浪孔進入消浪空箱，在 消浪空箱內(nèi)水體發(fā)生劇烈滲混，引起較大的波能耗散，從而有效減小堤后方的投射波高，保 證港內(nèi)的泊穩(wěn)條件；
[0050] 4、本發(fā)明底板上設(shè)有泄壓孔，能夠有效減小波浪的上托力，因此斷面比較經(jīng)濟；
[0051] 5、本發(fā)明除橫梁外，其余均為預(yù)制構(gòu)件，可在陸上預(yù)制，現(xiàn)場吊裝，施工簡單快捷， 維修也較為方便；
[0052] 6、本發(fā)明上部結(jié)構(gòu)外形美觀，防波堤建成后具有較好的景觀效果；
[0053] 綜上所述，本發(fā)明不但具有良好的防波效果，能夠有效減小堤后方的透射波高，維 持港內(nèi)泊穩(wěn)條件，而且受力特性較好，結(jié)構(gòu)不易被波浪破壞；此外，該防波堤采用粧基透空 式結(jié)構(gòu)，允許港內(nèi)外水體交換，對環(huán)境友好。
【附圖說明】
[0054] 圖1為本發(fā)明防波堤的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055] 圖2為n型預(yù)制件的等軸測圖。
【具體實施方式】
[0056] 下面對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施 例。
[0057] 實施例：一種帶圓弧板的n型粧基透空式防波堤，如圖1所示，該防波堤設(shè)置在港 區(qū)外圍，由下部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)組成。下部結(jié)構(gòu)即粧基礎(chǔ)，采用目前設(shè)計與施工均較為成熟 的鋼管粧10作為基粧，基粧需打入泥面W下一定深度，具體應(yīng)結(jié)合工程區(qū)的地質(zhì)條件，根 據(jù)《港口工程粧基規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定計算。防波堤包括多個橫向排架，相鄰橫向排架的間距 為5m，橫向排架設(shè)置有四根鋼管粧10,其中兩根為直粧，考慮到防波堤在使用過程中可能 會受到較大的水平荷載，另外兩根組成一對叉粧，叉粧斜度與扭角應(yīng)綜合考慮工程區(qū)域的 地質(zhì)條件和施工能力確定?；捝现С杏薪孛嫘褪綖榈筎形的鋼筋混凝±橫梁9,主要用于 支撐上部結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)擱置在相鄰兩個橫向排架的橫梁9上，并進行必要的鋼筋連接和 混凝±誘筑，使其成為一個整體，共同抵抗波浪荷載。
[0058] 上部結(jié)構(gòu)即防波堤的擋浪結(jié)構(gòu)，擋浪結(jié)構(gòu)由圓弧板1、腹板2、底板4和肋板3組 成，其中圓弧板1、腹板2和底板4 =者構(gòu)成n型截面的預(yù)制件，如圖2所示，兩根豎直的腹 板2頂端連接在圓弧板1下方，腹板2的底端連接在底板4的上方。肋板3為獨立預(yù)制件， 在腹板2的側(cè)面對腹板2及底板4進行加固連接，協(xié)助腹板2抗剪、抗彎。圓弧板1上設(shè)有 排氣孔5,開孔率設(shè)為5%，其主要功能是降低消浪空箱8內(nèi)部的氯離子濃度，防止構(gòu)件內(nèi)的 鋼筋過快腐蝕。腹板2上設(shè)有矩形消浪孔7,開孔率為15%，主要起消能作用。底板4上設(shè) 有泄壓孔6，開孔率也為15 %，可W有效減小波浪對上部結(jié)構(gòu)的上托力。
[0059] 上述帶圓弧板的n型粧基透空式防波堤的設(shè)計方法，按照W下步驟進行：
[0060] 首先確定防波堤的基粧入±深度、粧徑大小、橫梁尺寸、圓弧板曲率半徑等，然后 通過W下方法對應(yīng)地計算出防波堤上部結(jié)構(gòu)的波壓力強度：
[0061] 當?shù)添敻叱谈哂谟嬎闼?. 7倍設(shè)計波高時，波峰作用于圓弧板上的波壓力強度 可按下列方法確定：
[0062] (1)首先將圓弧板等效成相同高