桩基挡板透空式防波堤结构波压力特性分析

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1、第一章绪论1．1透空式防波堤的研究现状随着海岸带资源的开发和海运事业的快速发展，从为保证船舶作业和避风安全，同时减少港区的淤积的目的出发，需在开敝式岸线和深水区建造透空式防波堤。随着波浪理论和数值方法的不断完善，为透空式防波堤的研究提供了一定的理论依据。但由于波浪对透空式建筑物作用影响因素较复杂，至今透空式结构的理论研究还不成熟，并且透空式防波堤的实际工程应用也较少，目前对于透空式防波堤的研究都是采用理论计算与模型试验两者相结合的方法。1．1．1桩基透空式防波堤消浪机理理论和试验研究表明，波动水体的大部分波能集中在水面以下2倍

2、和3倍波高的范围内。透空式防波堤即是基于这个原理提出的。从能量的角度来看，波浪透过桩基透空式防波堤波能转化为三部分：堤前反射波波能；堤后透射波波能；因波浪破碎、波浪水质点间的相互碰撞或产生漩涡而损耗的能量。波浪自深水向浅水传播时，园地形影响而产生的浅水变形与折射，产生能量损失。当入射波冲击透空堤时，部分能量经波浪与透空堤承台、挡浪板、挡浪墙及桩柱的相互作用转化成反射波波能；一部分能量透过堤身，表现为堤后的透射波高：另一部分波浪透过挡浪结构传入堤身内，波浪与桩基的摩擦作用和在桩基表面形成的边界层的分离形成漩涡都会消耗能量；水位较

3、高时．波浪越过防浪墙，波浪破碎而产生能量损失。前后挡浪板上的波浪力存在相位差，波浪穿过挡浪板时会造成能量损失。多层挡板式透空堤，利用波浪与挡板相互作用的相位差，采用多层挡板逐层挡浪，构件前后交错遮掩，多次改变水质点的运动方向使之相互碰撞或产生涡流，逐级消耗波能。1．1．2桩基透空式防波堤结构型式及透浪特性桩基透空堤大致可归为三类：①小问距垂直桩桩基透空堤。由单排垂直桩小间距布置或由两排垂直桩交错排列而成。②栅栏式桩基透空堤。除桩基本身外，桩问还布置有横向挡浪板等构件形成类似栅栏结构，在前后两排桩之间还可根据需要布冒多排由挡浪板

4、构成的栅栏半面(如浙江洞头县栅栏式防波堤，黄歧渔港防波堤)。③挡浪板式桩基透空堤。在承台的迎浪面或迎浪、背浪两侧布置挡浪板或不布置挡浪板。(如浙江温岭市石塘渔港二期防波堤，浙江省舟山市西码头防波堤，江苏省洪泽湖】6号标避风港防波堤)泽湖16号标避风港防波堤)第一章绪论7[ruitt“1和Herbich“’等研究单排桩和双排桩防波堤的波浪透射率，试验结果表明，两排桩效果较单排桩效果好。栅栏式防波堤透浪效果较桩式防波堤好。但是单排桩、双排桩和栅栏式防波堤桩基都采用直桩，是悬臂梁结构，当水深较大，波浪较大时，桩基承受较大水平力和弯矩

5、，容易导致直桩的断裂，为防止这种情况的发生，并减小透射，常采用增大桩径的方法，这将增加材料用量，增大施工难度，提高造价。考虑同等波浪条件时，斜桩可承受的水平波浪力小，利用斜桩代替直桩，或哲直桩和斜桩混合使用(具体视桩的承载要求而定)。为进一步增加结构的稳定性，将斜桩成对设置成叉桩。若将上部结构设为空问框架结构，即形成多层挡板桩基透空防波堤，消浪效果优于前三种，若上部结构设为沉箱式或梁板式，然后承台两侧或单侧加上挡浪板即形成挡板式桩基透空堤。桩基挡板式透空堤由于上部结构不透空，波浪经桩基绕射后再透射到港域，因此其透浪效果较多层挡

6、板桩基透空堤好。1．2桩基透空式防波堤的研究概况(1)炮台湾透空堤上海吴凇口炮台湾为高桩承台透空堤，其断面结构型式见图1．1。麻志雄等在文献【3]中对上海吴凇口炮台湾船舶基地高桩承台透空堤断面在风浪水槽中进行波浪系数K，的模型试验研究。试验采用无挡浪板(仅有承台)，承台加单排挡板，承台力¨双排挡板三中情况进行在不同水深、不同分速的正常波浪作用下，以改变挡板的入水深度，测量堤后的波高，通过其与入射波高比值算得透浪系数K，。试验研究表明桩基透空堤结构具有以下特性：1．透空堤有无挡浪板，透浪系数明显不同。有挡浪板的情况下，单排挡浪板

7、与双排挡浪板也明显不同，双排挡浪板的效果优于单排。在同一相对水深d／L下，挡浪板入水深度t与d之比(t／d)越大，消浪效果越好(挡浪入水深度是最主要因素)。2．桩台宽度B与L之比(B／L)大，则波能穿过堤时的损耗大，消能效果好。3．对于同一挡板高度，当相对水深d／L(堤前水深d与波长之比)较小时，浅水波能向深水发展时趋于均匀，且堤的承台部分脱水，不起消浪作用，所以K，明显增大，当相对水深d／L越大，则消浪效果越好。4．消浪效果越好，作用于桩基结构波浪力越大。研究还表明：在给定水域内，对规定的使用要求(泊稳波高)，设计透空堤的关

8、键是确定堤宽和挡板的入水深度，使之达到所要求的透浪系数。对同一设计断面，高水位时消波效果比低水位时更好，因而确定挡板的入水深度一般以设计低水位为控制情况。采用双层挡板结构时，挡板在不规则波作用下消波效果比规则波作用稍差，但变化幅度不大，不超过10％。消浪效果越好，作用于桩基结