港口水工建筑物之透空桩基式防波堤讲义

1、港口工程新结构透空式防波堤 实验研究组员：周秉轩、曹祝宾日期：2017.03.08论题大纲contents01研究背景实验方法与研究结果02研究结果对比分析03总结展望041研究背景 研究背景传统防波堤之构筑易阻碍港内外海水流通性，形成半封闭性水域，堆积各种杂物，产生刺鼻异味，进而影响附近海域水质环境，破坏当地水域生态。为此，上世纪末提出的透空式防波堤受到环保人士及工程业界的广泛关注。该结构型式利用柔性工法之理念，根据波浪能98%集中于距离水面三倍波高范围内的特点，设计上部挡水，下部透水的结构型式，以达到堤后水域稳定及水质改善的功效。 介绍透空式防波堤介绍透空式 防波堤 由不同结构形式的支墩和

2、在支墩之间没入水中一定深度的挡浪结构组成 ，利用挡浪结构挡住波能传播 ，达到减小港内波浪的目的。支墩采用重力式 、桩式或管柱式结构。挡浪结构可采用箱式 、挡板式和带消能栅的挡板式等形式。优势：挡浪结构其掩护作用，能避免大量的用石 施工快捷 、拆除方便 对港口自然状况影响较小 可以不做地基处理 工程造价低劣势：不能阻止泥沙入港 不能减小水流对港内水域的干扰 2实验与研究结果实验研究桩基双挡板透空式防波堤水平压力实验目的：针对在波浪要素不同，前后挡板如水深度 不同，前后挡板结构形式不同的情况下， 着重研究透空式防波堤水平受力问题实验模型如右图水槽模型如右图实验介绍实验研究桩基双挡板透空式防波堤水平

3、压力实验试验参数：通过改变水深度 t、有效波长 L 、有效周期等来研究水动力特性试验方法和试验组次：间隙式生波方式每组波列的持续时间约为5.0 6.0min波数约为 120 150 个，试验总计135组，每组试验重复 3 次实验研究桩基双挡板透空式防波堤水平压力实验水平点压强分布规律结果分析水平点压强随波坦变化规律分析：前挡板 静水面以上 波坦 压强 静水面以下 波坦 压强后挡板 波坦 压强实验研究桩基双挡板透空式防波堤水平压力实验水平点压强随相对入水深度变化规律结果分析实验研究桩基双挡板透空式防波堤水平压力实验水平点压强随相对入水深度变化规律结果分析1.前后挡浪板如水深度一致相对如水深度 相

4、对波压强2.前后挡浪板如水深度不一致后挡浪板保持不变时 前挡浪板 波压强前挡浪板保持不变时 后挡浪板 波压强 挡浪板如水深度越小，挡浪效果效果越差对相对波压强影响较大的因素是前挡浪墙的入水深度实验研究桩基双挡板透空式防波堤水平压力实验水平点压强随挡板结构形式的变化规律结果分析实验研究桩基双挡板透空式防波堤水平压力实验水平点压强随挡板结构形式的变化规律结果分析不开孔前后错位开孔前后不错位开孔相对波压强开孔时，错位开孔所消耗的能量较大，此时削浪效果最好实验研究桩基双挡板透空式防波堤水平压力实验结论：1.水平力与波浪要素，前后挡板相对如水深度结构形式都 有关，其中前挡浪板相对入水深度是影响相对点压强

5、分布 的主要因素； 2.前后挡浪板开孔与否对其水平相对点压强也有很大影响。结果分析实验研究波长对桩基透空式防波堤透浪性的影响实验介绍目的：研究波长对透空式防波堤透浪性能的影响实验研究波长对桩基透空式防波堤透浪性的影响实验介绍实验研究波长对桩基透空式防波堤透浪性的影响数据分析实验结果有较高的可信度Wiegel公式防波堤设计与规范公式实验研究波长对桩基透空式防波堤透浪性的影响数据分析实验结果有高的可信度实验研究波长对桩基透空式防波堤透浪性的影响数据分析相对水深、波陡较大相对入水深度透浪系数相对水深、波陡较小相对入水深度透浪系数 当入射波波陡较小时，试图通过加大挡浪板入水深度来减小港内投射波高，其效

6、果并不理想； 挡浪板相对入水深度接近时，相对水深较大，防波堤消浪效果好，相对水深小则消浪效果欠佳。实验研究波长对桩基透空式防波堤透浪性的影响数据分析将带“*”的3组数据绘制成曲线如图所示当防波堤达到同样的消浪效果时，波陡越大时挡浪板的相对水深越小，反之，波陡越小，则挡浪板如水深度越大。实验研究波长对桩基透空式防波堤透浪性的影响结论1.工程1和工程2防波堤的断面宽度不同，桩基结构不同，但实测的透浪系数与理论计算均较接近，说明通常情况下断面宽度并不是影响防波堤透浪的主要因素；2.通过对两个防波堤实测透浪系数的分对比可以得到，入射波波长是港内投射波高大小的主要影响因素；3.波长较短时，消浪效果好，波

7、长较长时反之；由以上三点还可得出：当外海入射波的周期较大时，应该避免使用透空式防波堤，以使港内有良好的的泊稳条件。实验研究多层直立开孔挡板透空式防波堤消浪性能试验研究试验介绍新想法：波浪水质点做椭圆运动，不同波要素下 的水质点椭圆运动轨迹不同，可设计一 种不同开孔率，不同底高程多层直立挡 浪板透空式防波堤。 实验研究多层直立开孔挡板透空式防波堤消浪性能试验研究试验介绍 挡浪板1,3基于高水位情况开孔； 挡浪板2,4基于低水位情况开孔； 一块板上，孔数、孔长轴长度、孔短轴长度从上到下依次减少实验给出了5种板距布置方案实验研究多层直立开孔挡板透空式防波堤消浪性能试验研究实验分析低水位时：周期为1.

8、2s,1.5s时方案4,5效果好 周期为1.8s时，5种方案效果相当高水位时：对三种波周期来说，方案5稍好与方案4板距对消浪效果的影响实验研究多层直立开孔挡板透空式防波堤消浪性能试验研究实验分析波高对消波的影响消浪系数随着波高的增大而增大实验研究多层直立开孔挡板透空式防波堤消浪性能试验研究实验分析波长对消波的影响低水位时，消浪系数随波长的增加而先变小后增大；高水位时,波长增大，消浪系数也增大，未出现先减小后增大的情况。实验研究多层直立开孔挡板透空式防波堤消浪性能试验研究实验分析波坦对消波的影响消波系数随着波坦的增大呈现先减小后增大的趋势。实验研究多层直立开孔挡板透空式防波堤消浪性能试验研究实验

9、结论1.板距布置方式对短周期波的消浪性能有较大的影响，延波浪传播方向，随着板距的减小，消浪性能提升；2.随着波高的增加，消浪性能增加；3.低水位时，随着波长的增加，消浪性能先降低后提升; 高水位时，随着波长的增加，消浪性能提升; 模型对长波表现出较好的效果;4.随着波坦的增加，消浪性能先降低后升高；波坦较大时，消浪效果较好，高水位时，消浪效果更好，说明该防波堤更适用于水深较大的海域。3研究结果对比分析对比分析关于影响透空式防波堤消波能力的因素前挡浪板相对如水深度是影响相对点压强分布的主要因素。 桩基双挡板透空式防波堤水平压力实验与计算断面宽度并非影响防波堤透浪的主要因素。 波长对桩基透空式防波

10、堤透浪性能的影响入射波波长是港内透射波波高大小的主要影响因素。 波长对桩基透空式防波堤透浪性能的影响在不规则波作用下挡浪板相对入水深度是影响透浪系数的最重要因素。 桩基挡板透空式防波堤透浪特性研究随着相对堤宽增大透浪系数降低 ，但大到一定程度时，继续增加其值对降低透浪系数的效果并不显著。 桩基挡板透空式防波堤透浪特性研究对比分析关于波长对消浪效果的研究长周期波浪的透浪特性更强。 桩基挡板透空式防波堤透浪特性研究有效波高一定的情况下，波长越小，在透空堤前反射越厉害 ，越容易形成立波，从而造成静水面以上波压力增大，由于反射对波能的消耗，静水面以下各点压强则逐渐减小。 桩基双挡板透空式防波堤水平压力