沉箱开孔形式对消浪性能浅谈

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1、沉箱开孔形式对消浪性能浅谈　　摘要：本文对开孔沉箱不同开孔形式的消浪效果进行了试验研究。研究中保持沉箱相同的开孔率，分别采用横向和竖向两种开孔形式，测量不同水深、不同波高时，沉箱前的波浪反射系数，研究其消浪效果。结果表明：开孔率相同时，两种开孔形式对放射系数的影响不大，消浪效果基本相当；不同水深和波高时，沉箱对波浪的消浪效果也不相同。关键词：开孔沉箱；反射系数；开孔形式中图分类号：C33文献标识码：A文章编号：1、引言沉箱结构是港口和海岸工程中常见的结构形式，被大量的用于建设重力式码头和防波堤。而其中开孔沉箱由于其能够显著降低结构波浪力和波浪的反射系数，又具

2、有自重轻及造价低等特点，在实际工程中得到了广泛的应用。早在1961年Jarlan[1]就提出了开孔沉箱结构，后来很多学者对开孔沉箱的水动力特性做了大量的研究。Chwangetal.[2]基于线形势流理论对全开孔墙式沉箱的反射特性进行了分析。Tanimoto[3]9对开孔沉箱的反射率与主要因素做了广泛的研究。施晓迪等[4]试验研究了沉箱开孔率对消浪性的影响。另外一些学者，如：Suh等[5]、李玉成等[6]分析了斜向波浪作用下部分开孔沉箱的波浪反射问题。虽然目前对开孔沉箱的水动力特性已做了大量的研究，然而仍不完善，缺少足够的认识。2、概况大连理工大学土木建筑设计

3、研究院有限公司受中国华粮物流集团北良有限公司的委托，在北良港现有防波堤以南进行大连国际粮油食品物流中心项目中转设施的设计研究，该项目建设内容为2个5万吨级泊位、2个1万吨级泊位，岸线总长824m。图1总平面布置图9大连国际粮油食品物流中心项目中转设施工程位于东部港区北侧，考虑到大孤山西港区规划的东防波堤建成之前，外海S向波浪通过口门传入直接作用码头区，因而为改善港内泊稳情况，码头拟采用开孔消浪式沉箱结构。鉴于现行规范对开孔消浪式沉箱结构波压力计算的研究不够充分、方法不够全面，需根据现有方案进行本项目的断面物理模型试验工作，为设计提供科学依据。为此，我院与大连

4、理工大学海岸和近海工程国家重点实验室合作，通过断面物理模型试验研究开孔沉箱的开孔形式对沉箱消浪性能进行试验研究，比较不同开孔形式的消浪性能的优劣。同时分析了波高和水深对沉箱消浪性能的影响，简单给出波浪反射系数计算方法，并对不同开孔形式的沉箱反射系数进行分析，给出消浪室在波浪作用下的受力状况，从而提出相应的分析结论。3、结构设计方案依据《重力式码头设计与施工规范》，消浪孔位置宜选在设计高水位及设计低水位以下1倍设计波高之间。孔的型式宜采用圆形、椭圆形或矩形。故在沉箱前壁设计低水位附件设置消浪孔，采用竖向开孔和横向开孔两个方案，孔的面积相同，即开空率是一样的。码

5、头结构及消浪孔的具体尺寸，参见图2～4。图2码头结构断面图图3沉箱结构图一（竖向开孔方案）图4沉箱结构图二（横向开孔方案）4、模拟试验在模型试验中，将试验段2m宽的水槽分割为1.2m和0.8m两部分，试验在0.8m宽的水槽部分进行，可以有效避免造波机与模型之间波浪多次反射的影响。试验应考虑一个完整的沉箱结构，采用正态模型，根据试验断面情况，断面模型试验的长度比尺取为=1:23.23。9实验中采用不规则波列，波浪参数见表1。不规则波的频谱采用合田改进的JONSWAP谱，即(1)(2)(3)(4)式中H1/3为有效波高，Tp为谱峰周期，fp为谱峰频率，谱峰参数取

6、3.3。另外，实验考虑了四种水深，以研究水深对开孔沉箱反射系数的影响。(a)横向开空(b)竖向开空图5沉箱模型（单位:m）表1试验波浪要素1）反射系数的计算（1）试验方法利用两点法对实验数据进行分析计算，求得反射系数。两点法具体计算方法如下：设水槽中任一点的波浪均由入、反射波两个波系ηI和ηR叠加而成，它们可以写成：(1)9(2)由两个浪高仪同步测得的波形为：(3)(4)另一方面，波形可展开成傅立叶级数：(5)(6)把式（1）和（2）分别代入（3）和（4），并与（5）和（6）联立可解入射波和反射波中各组成波的波幅：(7)(8)上式中的A1m，B1m，A2m和

7、B2m可以由傅立叶变化求得，△l为两个浪高仪间距离。求得aI(m)和aR(m)后进而可求反射系数：(9)由于对于不同周期波浪△l要求不同，因此试验中在沉箱前共布置5个浪高仪，如图6所示。图6浪高仪布置图（2）试验结果9对开孔沉箱两种开孔形式在不同水深和波浪要素作用下的反射系数进行分析，具体结果如表2所示。从表中可以看出：在其它条件不变的情况下，横向开孔和竖向开孔沉箱对波浪的反射系数几乎相同，两者消浪效果相当。竖向开孔结构的波浪反射系数略小于横向开孔结构。比较不同水位时码头的反射系数可以看出，设计低水位时由于水位以下部分接近沉箱实体结构，码头的反射系数最大，5

8、0年一遇波浪作用时波浪反射系数最大可达0.70左右；