其他型式浮式防波堤近年来,除了浮箱式(浮筒式)和浮筏式浮式防波堤构型外,不断有很多新构型的浮式防波堤被相关研究学者提出。
加拿大学者提出的A型构架浮式防波堤[1],它的设计机理是具有很大的转动惯量。它有一块中间垂直挡浪板和四个侧圆筒组成,倒置的A形构架使挡浪板和圆筒相连。俩侧圆筒开孔,且开孔率为50%。董国海和郑艳娜等[2]提出了一种板—网式浮式防波堤,它由浮板、铁网和沉子构成。试验表明,该型式的浮式防波堤消波性能较好,可应用于深海水产养殖业。王环宇和孙昭晨[3]对阻挡反射、波峰消散和紊动耗能这些因素进行了思考,提出了一种以菱形模块为单元可进行多种型式拼接的多孔结构浮式防波堤。试验表明,该种构型防波堤消波性能良好而且所受力小。
这些新型式浮式防波堤的设计思路和研究方法为相关学者更深层次研究浮式防波堤的结构性能、消波性能的加强提供了很不错的参考帮助。
(d)A行构架浮堤 (e)板—网式浮式防波堤
(f)菱形模块多孔浮式防波堤图1.2其他构型的浮式防波堤
Fig1.2Otherconfigurationoffloatingbreakwaters
1.2.2浮式防波堤的锚泊方式
浮式防波堤可以通过墩式锚碇、锚链以及垂直导桩进行锚泊。浮堤的运动情况和消波效果随着锚泊方式的不同而不同。一般来说,在较浅的水深(大约10米水深以内)使用墩式锚碇和垂直导桩。同时这对海底的土质有一定要求,以保证导桩被打在适宜的深度使其具有符合要求的横向强度。浮式防波堤在被垂直导桩或墩式锚碇锚泊的情况下,它没有横荡和纵摇,只有垂向运动。所以在一样的浮堤下,这种锚泊方式下的消波性能更好。但是。由于垂直导桩限制了浮堤两个自由度的运动,导桩受力巨大,这对导桩的材料质量要求很高。
浮式防波堤在锚链锚泊下,当其受垂直来浪时,它主要会有横荡、横摇和垂向运动。锚链锚泊是海上浮体最常用的锚泊方式。锚链的锚固既可以用水下重块,又可以用水下打桩。通常有两种锚链布置形式:交叉布置和非交叉布置。交叉布置的好处是可以为船舶停靠提供方便,其坏处是锚链之间会经常摩擦,减少使用寿命。另外,由于波浪的随机性特点,对浮体的锚泊方式一般采取对称布置的形式。
1.3浮式防波堤的研究概况及工程应用
1.3.1浮式防波堤的研究进展
从已经论述的上文,我们了解到,目前有很多关于浮式防波堤构型的研究成果被国内外学者提出。缩比模型试验表明,浮堤的宽度对消波效果有主要影响。通俗解释为,浮堤宽度越大其消波效果越显著。虽然现阶段提出了多种浮式防波堤构型,但多数研究是针对消浪效果的,而把研究方向放在浮堤的运动响应和锚链受力分析却很少。
现阶段,建立波浪与浮式防波堤之间的相互作用的数值计算模型,分析浮堤在规则波浪的作用下的消波效果,这些是浮式防波堤的理论研究重点。为了使浮堤的整体性能研究简化,可以较好地预测浮堤的消波效果,一般采用浮式防波堤的理论研究和数值模型分析。另外,大量参数研究可以在理论分析中进行,这样的话,主要影响浮堤性能的参数可以获得,浮堤的设计方法也进而得到改进。
浮式防波堤的消波效果可以用透射系数Kt和反射系数Ki这两个重要指标来表示。其定义如下:
Kt=Ht/Hi (1.1)Kr=Hr/Hi (1.2)
式中:透射波高Ht,反射波高Hr,入射波高Hi。距今,对于浮式防波堤的理论研究,国内外相关学者提出以下的研究方法并取得相应的成果:严建国等[4]应用特征函数法建立浮箱式浮式防波堤与波浪之间的相互作用的数值计算模型,计算浮堤的运动特征和透射系数等,进而对浮箱式浮式防波堤在规则波作用下进行消波性能分析。Gesraha等[5]和Koraim等[6]对∏型浮式防波堤和由两排桩悬浮的半浸式沉箱结构进行了基于特征函数展开法的数模研究。这个数学模型较好地预测了波传输、能量耗散和反射。董华洋[7]以线性时域理论为基础,同时与牛顿第二定律和悬链线方程相结合,建立了单浮箱水平板时浮式防波堤在锚链锚泊下的数值计算模型。通过该模型可以计算浮堤的水动力特性。试验表明,该数值模型对浮堤的透射系数、锚链受力和运动特征提供了较好的预测。Williams等[8]基于二维势流理论,对单浮箱和双浮箱式浮式防波堤的反射系数采取频域方法进行研究。试验结果表明,波浪反射系数受浮式防波堤的结构参数影响巨大。