浮式防波堤设计应考虑的问题.docx

浮式防波堤设计应考虑的问题.docx浮式防波堤设计应考虑的问题引言:以下讲述的海洋波浪的知识对于“浮式防波堤”的设计具有重大意义。考虑到文中专业性较强,故对于大多数设计者而言,我只做尽量通俗的讲解,不做推导。,防波堤在海港的各类水工建筑物中有其特殊地位。它们直接承受巨大的波浪力的作用,大多位于水深浪大之处。相比之下难以建造,造价偏高,占港口工程总投资的很大部分。浮式防波堤的设计与建造存在的风险巨大的原因是:?防波堤是用来保护港内船舶及其它海洋工程的,首先耍保护自己。设计波高如何选择,是个大问题。选小了,如按“常规”的风浪气象条件,设定设计波高,例如,取波高H】/3=7・5m(或8m),(),这正是许多船舶应当回港避风的风级。这种设定显然是不够的。如果按罗源县(1983-2003年)实测统计的最大强台风风速为40m/s(1966年9月3日),对应为13级风力,此时在深海里产生的波高(Hi©)约为18m左右,在浅海一定范围有可能更大(下文说明)。从近几年台湾海峡的风级发展趋势看,恶劣气候是越来越频繁,风力越来越大。今年的“苏迪罗”台风,在福州市内已达到13级,海面至少为14级,浪高可达到20m以上。这种风级对于水深为30m左右的浅海而言,大风伴随大浪,再加暴潮,具有很大的破坏性。对于这样的“异常”天气(从现在来看,这样的天气已非“异常”,有可能成为“常态”),采用浮式防波堤是否可行,就必须认真考虑。?在海洋中,尤其是超过12级的特大风暴来临时,即使在同一海域,由于各类波浪的相互干扰,完全有可能在局部地方浪高出奇的大,如果在此设置防波堤,必然会遭遇“灭顶之灾”。“受约束的运动浮体”,与固定式防波堤不同的是,存在先天性缺陷。表现为:如果“浮涵”排水量不够大(相对于设计波而言),则对波浪过于敏感,就像一叶小舟,随波逐流,不能起到“消波”的作用;但如果排水量比较大,则在特大风暴条件下,“浮涵”波动产生的惯性力(包括附连水质量)很大,很容易造成锚泊及连接件,甚至“浮涵”主体的损坏,将会引起巨大的灾难。在浪高H1/3特别大(例如达到20m以上),且波长处于“不利”范围,例如(船长),将会对船体结构本身及“浮涵”的连接装置造成严重的破坏。以现在所选的“浮涵”(楚船)为例,长100m,宽16m,,假定吃水为3m,=4920吨,又假设波浪的周期是9秒(常见),试想如果某特大台风持续5个小时,一个近5000吨的物体,在9秒的时间内从波峰运动到波谷,然后再从波谷乂运动到波峰。反复运动5小時(2000次),不仅船体结构本身很难承受(尤其对于承受拉应力能力较弱的水泥结构),而且堤头链及两“浮涵”之间的连接装置,及作为系泊的钢索或钢链也不能承受。在这些环节中,任何一处破坏都必将产生灾难性的后果。朱元康的“防波堤”在不太大的风浪时会不起作用,在较大的风浪时会失败;而我们的“防波堤”,只是抗风等级高一些而已,与此并没有本质的区别,很可能会重蹈覆辙。以上说明,在选择基本方案前…定要把当地的海浪情况弄清楚,准确的资料要在手里,且不可盲目行事。否则,一旦建好,有可能平时平安无事,一个特大台风就会全军覆没。这对于重要的海洋工程是非常重要的。 “浮式防波堤”课题是当今的世界性难题应当指出:“浮动式海洋建筑物在波浪中运动的估算”(注意:只是“估算”)的课题,到现在为止,仍然是世界难题,不仅没有完全攻克,而且离准确计算还有很大距离。浮动式海洋建筑的特点,一般大都在海洋的某个特定位置上系泊,它很容易受到波浪、风(其中含有大量的水气)、流等环境外力的袭击。准确地把握海洋建筑物在波浪中的摇荡,无论是为满足使用目的的性能设计(例如对“客船”而言的耐波性设计),还是为确保工程本身安全的结构强度设计(例如对我们的浮式防波堤),都是极为重要的。特别是作为浮动式海洋结构物“浮式防波堤”,在异常海况下,不能像船舶那样容易躲开风、浪的袭击。(1) “浮式防波堤”问题的困难首先在于外力的确定,包括风、浪、流等。正由于这些外在环境因素带有随机的特征,因而必须掌握所选海区的统计资料,尤其是极端异常天气的资料。同时,海底的地形、地质、周围小岛的地形地质情况也要掌握。这些原始资料的准确性对确定项目的“可行”或“不可行”,具有决定性的意义。其次的困难在于目前理论研究的水平。就理论而言,目前尚处于“百家争鸣”阶段,不同学者采用不同的方法。各有不同的结果,尚不能分出高下。其原因仍然在于问题本身的复杂性;从试验范围而言,整个浮体在浅海区波浪中的试验,目前尚无完整的实例。目前考虑浅水影响的浮体在波浪上运动的