浮式防波堤结构型式的发展长期以来一直引起国内外工程界的广泛关注,但到目前为止仍处于研究阶段,实际应用上仅限于临时防浪设施。长期困扰浮式防波堤作为海上永久性建筑物的主要原因之一是目前的浮式防波堤结构型式对长波的掩护效果差。本项目主要研究内容是通过理论分析和物模试验,探讨基于破坏波浪水质点的竖向运动轨迹,从而衰减波浪的思路提出的一种浮式防波堤结构新概念设计的有效性。研究新型浮式防波堤结构的消浪性能与影响因素,波浪荷载计算方法,运动响应及锚链冲击性张力的特性等。本项目研究工作可在提高浮式防波堤结构衰减长周期波浪性能的实现方式上有突破,促进浮式防波堤结构型式从临时防浪设施向永久性建筑物的转变,对改变长期以来我国在港口防波堤工程新技术方面缺乏原创性成果的局面具有重要的意义。
本项目通过物理模型试验和数值计算相结合的方法开展了浮箱与水平板组合式浮防波堤结构及其水动力特性研究。首先对多层水平板通过竖向立柱连接而成的多层水平板透空式防波堤结构进行了试验研究及数值计算。在获得水平板消浪特性的基础上,通过规则波和不规则波物理模型试验,对水平板位于浮箱上部和水平板位于浮箱下部的两种浮防波堤结构型式,以及桩锚式和锚链式二种不同的锚泊方式,探索了浮堤模型的透射系数、反射系数及锚链拉力与浮箱几何尺寸、水平板布置方式、锚链布置方式、水平板相对宽度与相对间距、波高及周期等因素之间的关系。基于线性波理论,应用二维源分布法求解边界积分方程,建立了浮箱与水平板组合式浮防波堤结构-锚泊线耦合系统的数值模型。在经过试验结果验证的基础上,应用数值模型对上部为浮箱、下部为水平板的组合式浮防波堤结构的消浪效果、运动和受力特性进行了系统的计算分析,提出了优化的结构型式及水动力分析模式。研究成果对推动浮式结构的发展和实际工程应用有重要的学术价值。