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申请/专利权人：天津大学

摘要：一种带底板的浮式梳状消浪装置及其应用，该浮式梳状消浪装置包括浮体单元，其为浮式梳状消浪装置提供浮力和起挡浪的作用；挡浪背板，其竖直设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用；以及堤身底板，其水平设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用。本发明中浮箱主体和板式结构长度比例可根据工程需求优化调节，特有的堤身底板可提高消浪性能和抗扭强度，本发明通过调节挡浪背板的前后位置有效减小最大波浪作用力，通过合理设计翼缘板的长度和位置以提高消浪性能。

主权项：1.一种带底板的浮式梳状消浪装置，包括：浮体单元，其为浮式梳状消浪装置提供浮力和起挡浪的作用；挡浪背板，其竖直设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用；以及堤身底板，其水平设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用，所述挡浪背板与堤身底板呈L型或T型；翼缘板，与堤身底板连接，翼缘板用于增加波浪能量耗散和平衡堤身稳定性。

全文数据：带底板的浮式梳状消浪装置及其应用技术领域本发明涉及海岸工程和海洋工程技术领域，具体涉及一种带底板的浮式梳状消浪装置及其应用。背景技术防波堤结构作为海岸防护的一种重要手段，能够有限地阻挡外海波浪传入近岸，使防波堤掩护区域内的波高有效减小，起到避免海岸侵蚀和保护沿岸设施安全，以及保证港口内船舶作业平稳的作用。如今随着港口和外海岛礁工程水深的增加，对于防波堤的建造要求也越来越高。水深的增加使传统的重力式防波堤的建筑耗材增加且施工困难加大，已经不能满足工程发展需要。因而，浮式防波堤是深水建港和外海岛礁防护的必然趋势。浮式防波堤具有利于水体交换可以有效保护港内生态环境、对当地水流和泥沙特性的改变较小、解决地基软弱从而减少地基特殊处理工序等优点。本发明提出一种带底板的浮式梳状消浪结构，用于浮式防波堤设计，其下部通过锚泊系统固定在海床之上。该消浪结构比传统的浮式消浪结构在材料用量上有较大的节省，在总体受力上有减少，且在消浪和挡浪性能上有较大提高。发明内容有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种带底板的浮式梳状消浪装置及其应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种带底板的浮式梳状消浪装置，包括：浮体单元，其为浮式梳状消浪装置提供浮力和起挡浪的作用；挡浪背板，其竖直设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用；以及堤身底板，其水平设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用。作为本发明的另一个方面，还提供了一种如上所述的浮式梳状消浪装置在海岸工程和海洋能利用技术领域的应用。基于上述技术方案可知，本发明的带底板的浮式梳状消浪装置及其应用相对于现有技术至少具有以下优势之一：1浮箱主体和板式结构长度比例可根据工程需求优化调节传统浮式箱型消浪结构采用水平长度方向上连续的即通长的矩形浮箱主体漂浮于水面提供浮力和实现挡浪作用，由于浸没水中的湿面积较大，提供了过大的浮力，实际中需要向箱体内填充砂石等配重材料，以达到足够的吃水深度吃水深度越大防波效果越好，因此，传统浮式箱型防波堤的箱体材料和配重材料用量都较大。本发明在水平长度方向为浮箱主体-挡浪背板堤身底板组成的不连续箱板结构形式，即利用挡浪背板和堤身底板结构来替代部分浮箱主体即浮体单元，使箱体材料有效减少；同时由于其浸没水中的湿面积较小，可以提供较为适宜的浮力。实际中可通过调节浮箱主体和挡浪背板堤身底板结构的长度比例关系来实现不同的吃水深度，因此不需要或者需要很少的配重材料，从而减少材料用量及运输成本。此外，胸墙板的设置也可以增加水面以上部分的有效高度，起到减小越浪量的作用，同时节省浮体单元在水面以上的体积。2通过调节挡浪背板的前后位置有效减小最大波浪作用力挡浪背板为连接相邻两个浮箱主体的垂直板式结构，起到替代一部分的浮箱主体来阻挡波浪水平传播的作用。如图2所示，当波浪作用于防波堤上时，由于浮箱主体的迎浪面1和挡浪背板的迎浪面2不在同一个平面上，即存在一个距离X，这个距离会使波峰先后到达防波堤的两个挡浪面上，从而存在一个波浪力相位差，使最大波浪力得以减缓，比传统的浮式箱型消浪结构的总水平受力要小，因而，有利于整体防波堤系统的稳定性和降低锚泊系统的承载力。在具体实施过程中可以根据波浪要素条件，具体设计挡浪背板的前后位置，具有较大的优化空间。3特有的堤身底板可提高消浪性能和抗扭强度堤身底板为连接两个相邻浮箱主体的水平板式结构，属于浮式消浪结构特有部件。由于梳状防波堤以往均为重力型式应用，即直接座底于海床之上，结构上仅包括矩形方箱和挡浪背板，而不需要堤身底板。如果浮式梳状防波堤采用相同的结构形式，由于其漂浮于水面附近工作，底部则变为透空式，不利于挡浪，且浮箱主体之间仅有挡浪背板连接，整体强度也较低，因此本发明在浮式梳状消波结构的下部设置堤身底板，结合挡浪背板和两侧浮箱主体形成一个半封闭的空腔，有利于增加挡浪效果，且也可增加浮箱主体之间的结构强度，提高堤身抗扭性能。4通过合理设计翼缘板的长度和位置以提高消浪性能翼缘板为堤身底部通长设置的板式结构，属于附加结构。翼缘板可以水平连接、也可以垂直连接于堤身底板详见实施方法部分。当水平连接于堤身底板时，相当于增加浮式防波堤的有效宽度，可起到增加消浪性能的作用；当垂直连接于堤身底板时，相当于增加了浮式防波堤的有效入水深度，也可起到增加消浪性能的作用。此外由于翼缘板突出于结构主体之外，波浪流场会在翼缘板转角周围存在涡旋释放过程，进一步增加波浪能的耗散。实施过程中可以根据消浪性能要求来具体设计翼缘板的长度以及布置方式，具有较大的优化空间。此外，在防波堤底部设置翼缘板，可以调节浮式防波堤整体的重心位置，有利于该浮式梳状防波堤的稳定性。附图说明图1为本发明一实施例的浮式梳状消浪结构的三维结构示意图；图2为图1的俯视结构示意图；图3为图2中A-A面的截面结构示意图；图4为图2中B-B面的截面结构示意图；图5为本发明一实施例中挡浪背板与堤身底板呈T型的截面结构示意图；图6为本发明一实施例中翼缘板与堤身底板垂直设置时的截面结构示意图。附图标记说明：1-浮箱主体；2-挡浪背板；3-堤身底板；4-翼缘板；5-胸墙板；6-锚泊单元；7-第一迎浪面；8-第二迎浪面；9-波浪入射方向。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。本发明公开了一种带底板的浮式梳状消浪装置，包括：浮体单元，其为浮式梳状消浪装置提供浮力和起挡浪的作用；挡浪背板，其竖直设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用；以及堤身底板，其水平设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用。其中，所述浮体单元为空心结构。其中，所述浮体单元的形状包括但不仅限于箱体、棱柱体或圆柱体；其中，所述浮体单元采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板。其中，所述挡浪背板与堤身底板呈L型或T型；其中，所述挡浪背板采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板；其中，所述堤身底板采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板。其中，所述挡浪背板与堤身底板为一体成型结构、固定连接结构或可拆卸连接结构；其中，所述挡浪背板与堤身底板均与浮体单元铰接；其中，所述挡浪背板与堤身底板的长度相同；其中，所述挡浪背板与浮体单元的高度相同。其中，所述浮式梳状消浪装置还包括用于增加波浪能量耗散和平衡堤身稳定性的翼缘板，翼缘板与堤身底板连接；其中，所述翼缘板的个数大于或等于1；其中，所述翼缘板与堤身底板之间的夹角为0-90度；其中，所述翼缘板与堤身底板之间的夹角为0度、90度或者以不同的角度组合形式同时设置多个翼缘板，例如设置两个翼缘板，其中一个翼缘板与堤身底板之间的夹角为0度，另一个翼缘板与堤身底板之间的夹角为90度。其中，所述翼缘板采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板。其中，所述浮式梳状消浪装置还包括用于减少波浪越浪作用的胸墙板，胸墙板与挡浪背板顶部连接；其中，所述胸墙板与挡浪背板在同一个平面内；其中，所述胸墙板采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板。其中，所述浮式梳状消浪装置还包括用于与海床固定的锚链单元，所述锚链单元与浮体单元底部或L型板式结构底部连接。其中，所述浮式梳状消浪装置投影平面呈梳齿状。本发明还公开了一种如上所述的浮式梳状消浪装置在海岸工程和海洋能利用技术领域的应用。以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。一种带底板的浮式梳状消浪装置，主要包括：浮箱主体1、挡浪背板2、堤身底板3、翼缘板4和胸墙板5五个部分，其下部通过锚泊单元6与海床相连接，漂浮于海面工作。如图1所示，其在水平长度方向由浮箱主体1-挡浪背板2堤身底板3依次间隔布置，在投影平面上呈梳齿状如图2所示，其不同位置的断面示意图如图3和图4所示。浮箱主体1：是一密闭的空心混凝土箱型结构，为整个浮式梳状消浪装置提供浮力，同时起到挡浪作用；挡浪背板2：为相邻浮箱主体1之间的垂直板式结构，由混凝土板或者钢板等材料制成，主要起到挡浪和连接相邻浮箱主体1作用；堤身底板3：为相邻浮箱主体1之间的水平板式结构，由混凝土板或者钢板等材料制成，主要起到挡浪和连接相邻浮箱主体1作用；翼缘板4：为堤身底板3的延伸部分，可以与堤身底板3水平连接，也可以是垂直连接，由混凝土或者钢板制成，主要起到增加浮式梳状消浪装置水平或垂直方向的有效尺度、增加波浪能量耗散以及平衡堤身稳定的作用。胸墙板5：为挡浪背板向上的延申部分，由混凝土或者钢板制成，主要起到增加浮式梳状防波堤装置在水面以上的有效高度、减小波浪越浪量的作用。浮箱主体1为矩形混凝土空心密闭箱型结构，为整个浮式梳状消浪装置提供浮力。工作时，其部分出露于水面之上，部分浸没于水面以下。如图2和图3所示，浮箱主体1的主要尺寸：长度为L1，宽度为B，高度为H。挡浪背板2为两个浮箱主体1之间的竖直混凝土板式结构，堤身底板3则为两浮箱主体1之间水平的混凝土板式结构。挡浪背板2和堤身底板3二者构成相互垂直的结构，采用刚性方式连接成为一体，即可由预埋的铁件焊接连接，也可预制时直接一体浇筑而成。挡浪背板2的高度为H，与浮箱主体1高度相同；堤身底板3的宽度为B，与浮箱主体1高度相同；挡浪背板2和堤身底板3的长度相同，均为L2，如图2-3所示。挡浪背板2堤身底板3和两侧的浮箱主体1形成一个空腔，可实现有效挡浪作用。挡浪背板2堤身底板3组成的刚性整体结构与两侧浮箱主体1采用铰接方式连接，以便于浮式梳状消浪装置的水平布置调节，以及起到消能作用。翼缘板4为浮式梳状消浪装置底部通长方向设置的附加结构，为混凝土板式结构，可以是水平方向由浮式梳状消浪装置底板向前延伸的方式连接，也可以是垂直于浮式梳状消浪装置底板的方式连接。翼缘板与浮式梳状消浪装置底部包括浮箱主体1底面和堤身底板3底面为刚性连接，即可由预埋的铁件焊接连接，也可预制时直接一体浇筑而成。翼缘板4的宽度为b，如图3所示；其长度为沿浮式梳状消浪装置底面通长设置。胸墙板5为浮式梳状消浪装置上部通长方向设置的附加结构，为混凝土板或者钢板材料制作，与挡浪背板始终保持在同一个平面，与挡浪背板和浮体单元上表面为固定连接。胸墙板的高度为d，如图3所示；其厚度和高度可根据实际需要进行设计，其长度为沿浮式梳状消浪装置上部通长设置。本发明的浮箱主体1-挡浪背板2堤身底板3为间断式分布，每一段浮箱主体1的长度L1和挡浪背板2堤身底板3长度L2的比例关系，可根据浮式梳状消浪装置整体吃水深度要求等参数综合确定，这也是本发明的一个优点即通过调节浮箱主体1和挡浪背板2堤身底板3的长度比例关系来实现不同的吃水深度以及消浪性能需求。如图2所示，在俯视方向上，浮箱主体1的第一迎浪面7和挡浪背板的第二迎浪面8在波浪入射方向9上存在一个距离差X，也称相位差，这个相位差可以使作用在浮式梳状消浪装置整体上的最大波浪力有效减小，实际中可以通过优化调节挡浪背板的前后位置X，来有效减小最大波浪力，提高浮式梳状消浪装置的整体稳定性。当挡浪背板2位于堤身底板3的最后方时相对于波浪入射，结构断面上呈L型如图4所示；当挡浪背板2位于堤身底板3的中间位置时，结构断面上呈倒T型，如图5所示。翼缘板4的设计中可以根据实际工程需要来设计其宽度和相对位置。当翼缘板4为水平方向连接时，仅需调节其宽度b来满足消浪要求如图3所示；当翼缘板为竖直方向连接时，可同时调节其宽度b和前后位置c以满足消浪要求如图6所示。有时可根据实际需要，可以不同的组合形式，如水平和竖直方向同时设置翼缘板，或者同时设置多道竖直方向的翼缘板。胸墙板5的高度d可以根据实际中对于越浪量的控制要求而设计，与挡浪背板和浮体单元上表面固定连接，并保持与挡浪背板在同一个平面内，以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种带底板的浮式梳状消浪装置，包括：浮体单元，其为浮式梳状消浪装置提供浮力和起挡浪的作用；挡浪背板，其竖直设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用；以及堤身底板，其水平设置在相邻的两个浮体单元之间，起连接浮体单元和挡浪的作用。2.根据权利要求1所述的浮式梳状消浪装置，其特征在于，所述浮体单元为空心结构。3.根据权利要求1所述的浮式梳状消浪装置，其特征在于，所述浮体单元的形状包括但不仅限于箱体、棱柱体或圆柱体；所述浮体单元采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板。4.根据权利要求1所述的浮式梳状消浪装置，其特征在于，所述挡浪背板与堤身底板呈L型或T型；所述挡浪背板采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板；所述堤身底板采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板。5.根据权利要求1所述的浮式梳状消浪装置，其特征在于，所述挡浪背板与堤身底板为一体成型结构、固定连接结构或可拆卸连接结构；所述挡浪背板与堤身底板均与浮体单元铰接；所述挡浪背板与堤身底板的长度相同；所述挡浪背板与浮体单元的高度相同。6.根据权利要求1所述的浮式梳状消浪装置，其特征在于，所述浮式梳状消浪装置还包括用于增加波浪能量耗散和平衡堤身稳定性的翼缘板，翼缘板与堤身底板连接；所述翼缘板的个数大于或等于1；所述翼缘板与堤身底板之间的夹角为0-90度；作为优选，所述翼缘板与堤身底板之间的夹角为0度、90度或者以不同的角度组合形式同时设置多个翼缘板；所述翼缘板采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板。7.根据权利要求1所述的浮式梳状消浪装置，其特征在于，所述浮式梳状消浪装置还包括用于减少波浪越浪作用的胸墙板，胸墙板与挡浪背板顶部连接；所述胸墙板与挡浪背板在同一个平面内；所述胸墙板采用的材料包括但不仅限于混凝土或者钢板。8.根据权利要求1所述的浮式梳状消浪装置，其特征在于，所述浮式梳状消浪装置还包括用于与海床固定的锚链单元，所述锚链单元与浮体单元底部或L型板式结构底部连接。9.根据权利要求1所述的浮式梳状消浪装置，其特征在于，所述浮式梳状消浪装置投影平面呈梳齿状。10.如权利要求1-9任一项所述的浮式梳状消浪装置在海岸工程和海洋能利用技术领域的应用。

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