圓弧型防波堤開孔護(hù)面波浪荷載理論分析與實(shí)驗(yàn)研究

摘 要：為研究圓弧型防波堤開孔護(hù)面所受的波浪荷載，本文基于實(shí)際工程青島中港西北防波堤采用一定幾何比例尺建立物理模型，在不同開孔率和水深工況下，采集模型護(hù)面波壓力數(shù)據(jù)，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與現(xiàn)有波浪荷載計(jì)算理論結(jié)果對(duì)比分析，分析結(jié)果表明：試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論分析數(shù)據(jù)基本吻合，可以為同類試驗(yàn)提供一定的借鑒，對(duì)圓弧型防波堤的研究具有促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：防波堤；圓弧型；波浪荷載

引言

近年來(lái)，圓弧型開孔護(hù)面防波堤作為一種新型的防波堤，具有消能效果好，外形優(yōu)美的優(yōu)點(diǎn)[1-2]，但正是由于開孔也導(dǎo)致了防波堤的護(hù)面塊體結(jié)構(gòu)容易被波浪破壞[3]。因此正確了解這種防波堤的波浪荷載分布規(guī)律，有利于了解防波堤面板的受力情況，使這種防波堤得到更廣泛的應(yīng)用，本文通過(guò)物理模型試驗(yàn)采集波浪荷載數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)有波浪荷載理論進(jìn)行對(duì)比分析。

1 波浪荷載理論

圓弧型防波堤在使用期所受的主要荷載是波浪力與靜水壓力[4-5]，在堤頂出水情況下，圓弧面防波堤波浪力正向水平波壓力可以半圓型防波堤正向水平波壓力乘以修正系數(shù)1.1來(lái)計(jì)算[2]。半圓型防波堤的的波浪力計(jì)算根據(jù)韓理安教授編寫《港口水工建筑物》建議是將計(jì)算直立堤波浪力的合田良實(shí)公式進(jìn)行修正的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算其波浪力。

對(duì)于半圓型防波堤，上列公式進(jìn)行相位修正：

2 物理模型試驗(yàn)

本文通過(guò)建立物理模型試驗(yàn)獲得波壓力數(shù)據(jù)，試驗(yàn)參數(shù)借鑒的實(shí)際工程為青島中港西北防波堤，考慮到風(fēng)浪水槽等因素，將幾何比例尺寸定位1：20。設(shè)計(jì)波浪要素及水深如下：水深為480mm，設(shè)計(jì)波高120mm，設(shè)計(jì)波周期為1.2s。

模型試驗(yàn)在自由振蕩波槽中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)槽長(zhǎng)40m，寬0.8m，高1.8m，一端裝有造波機(jī)，一端有消能坡，實(shí)際有效長(zhǎng)度為37m。

由于開孔率對(duì)波浪總力及波浪壓力分布影響與相對(duì)水深有關(guān) ，故本試驗(yàn)選取一種水深，三種開孔率進(jìn)行研究。水深480mm，開孔率分別為23.36%，19.14%，15.86%，開孔的中心位置不變。在模型弧面的外壁垂直均勻布置5個(gè)壓力感應(yīng)器，在內(nèi)壁上布置2個(gè)壓力感應(yīng)器，安裝高程分別是100、150、200、300、400、450、500mm（水槽底部高程為0），同步采集7點(diǎn)波壓力變化過(guò)程，壓力感應(yīng)器的編號(hào)由下至上依次是1、2、3、4、5、6、7。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)對(duì)比分析

測(cè)量點(diǎn)壓強(qiáng)的CYG-505壓力感應(yīng)器出廠前已進(jìn)行了率定，考慮實(shí)際工程中大填料應(yīng)用較多，因此在實(shí)驗(yàn)中使用大填料，試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)見圖。壓力傳感器7的數(shù)值比壓力傳感器6要高，這是因?yàn)椴糠植ɡ私?jīng)孔洞傳至模型內(nèi)，能量沒有得到全部消除，余能作用在壓力感應(yīng)器上所致。因此在壓力傳感器7的位置可以進(jìn)行額外加固。

通過(guò)上述的波浪荷載理論結(jié)合本物理模型比例尺，計(jì)算得出該防波堤面板所受波浪荷載數(shù)值，見圖4中理論數(shù)據(jù)。對(duì)比分析表明，物理模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算理論數(shù)據(jù)基本吻合，說(shuō)明本文物理試驗(yàn)是正確的，結(jié)構(gòu)能夠反映圓弧型防波堤波浪荷載分布的基本規(guī)律。

3 結(jié)論

本文通過(guò)參照實(shí)際工程建立圓弧型防波堤物理模型，進(jìn)行波浪試驗(yàn)，獲得波壓力的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，與現(xiàn)有波浪荷載理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析，可以得出以下結(jié)論：

3.1 通過(guò)物理模型試驗(yàn)，與圓弧型防波堤波浪荷載計(jì)算理論對(duì)比，得到理想的結(jié)果，反映了本文試驗(yàn)與國(guó)內(nèi)其他學(xué)者相關(guān)理論的一致性。

3.2 不同開孔率的圓弧型防波堤開孔護(hù)面上波浪荷載基本一致，但在堤內(nèi)有殘留波浪余能的地方，波浪荷載較大，如額外加固處理將有利于防波堤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

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