[发明专利]带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤及其设计方法

摘要

本发明公开了一种带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤及其设计方法，包括下部的桩基础及上部的挡浪结构，通过桩基础上的横梁支撑所述挡浪结构，所述挡浪结构包括圆弧板、腹板、底板和肋板，所述圆弧板、顶部连接圆弧板的两个腹板、连接腹板底部的底板构成Π型截面预制件，所述肋板固定腹板及底板。本发明不但具有良好的防波效果，能够有效减小堤后方的透射波高，维持港内泊稳条件，而且受力特性较好，结构不易被波浪破坏；此外，该防波堤采用桩基透空式结构，允许港内外水体交换，对环境友好。

主权项

一种带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤的设计方法，其特征在于：防波提包括下部的桩基础及上部的挡浪结构，通过桩基础上的横梁支撑所述挡浪结构，所述挡浪结构包括圆弧板、腹板、底板和肋板，所述圆弧板、顶部连接圆弧板的两个腹板、连接腹板底部的底板构成Π型截面预制件，所述肋板固定腹板及底板；设计方法包括以下步骤：首先确定防波堤的基桩入土深度、桩径大小、横梁尺寸、圆弧板曲率半径，然后通过以下方法对应地计算出防波堤上部结构的波压力强度：当堤顶高程高于计算水位0.7倍设计波高时，波峰作用于圆弧板上的波压力强度按照下列方法确定：(1)首先将圆弧板等效成相同高度的直立墙，按合田公式计算出直立墙上的波压力，其中计算水位以上的高度η、计算水位处的波压力强度ps以及直立墙底面处的波压力pb按下列公式计算：η＝1.5H    (1)ps＝αsγH    (2)pb＝αbps    (3)αs=0.6+12[4πΔh1Lsinh(4πΔh1L)]2---(4)]]>αb=1cosh(2πΔh1L)---(5)]]>式中：H是设计波高，单位为m；γ是水的容重，通常取9.8kN/m3；αs、αb是计算系数；Δh1是计算水位与圆弧板最下缘高程差，单位为m；L是设计波长，单位为m；ps和pb的单位为kPa；(2)波峰作用于圆弧板上的波压力强度，按下列公式进行相位修正：η′＝η    (6)p′s＝ps    (7)p′b＝λppb    (8)λp=cos4(2πΔlL)---(9)]]>式中：η′是圆弧板上的波压力图形零点在计算水位以上的高度，单位为m；p′s是圆弧板上计算水位处的波压力强度，单位为kPa；p′b是圆弧板最下缘处的波压力强度，单位为kPa；λp是堤顶出水时的相位修正系数；Δl是圆弧板上的p′s与p′b作用点间的水平距离，单位为m；(3)波峰作用于圆弧板上各点的波压力强度，其方向应垂直于圆弧板面，按下列公式进行角度修正：p(θ)＝p(Z)′cosθ    (10)式中：p(θ)是圆弧板上的波压力强度，单位为kPa；p(Z)′是经相位修正后Z点的波压力强度，单位为kPa，Z点为自圆弧板最下缘起算的垂直高度，由p′s和p′b经内插求得；θ是波压作用点的圆心角，单位为度；当堤顶高程位于或低于计算水位，且圆弧板的外半径与波长之比不大于0.085时，波峰作用于圆弧板上的波压力强度按照下列方法确定：(1)首先将圆弧板等效成相同高度的直立墙，按式(1)～式(5)计算直立墙上的波压力强度，再进行相位修正和角度修正，相位修正方法如下：η′＝η    (11)p′s＝ps    (12)p′b＝λ′ppb    (13)λp′=cos4(2π(Δl)′L)---(14)]]>式中：λ′p是堤顶淹没时的相位修正系数；(Δl)′是圆弧板上的p′b作用点与堤顶间的水平距离，单位为m；(2)波峰作用于圆弧板上各点的波压力强度，其方向垂直于圆弧板面，按式(10)进行角度修正；当Π型构件底板高程低于计算水位时，底板上常受到波浪上托力作用，透空式水平底板下最大总上托力与最大冲击压强通常不同步发生，它们所对应的压强分布形式也常常不一致，一种为均匀型分布，主要对应于平板的最大总上托力；另一种为局部冲击型分布，主要对应于局部最大冲击压强，均匀分布压强按照下列公式计算：PγHB=1.4(1-Δh2η0)0.8exp[-(Δh2η0-0.7)2]---(15)]]>η0=H2+πH22L[cosh2πhL(cosh4πhL+2)4(sinh(2πhL)3]---(16)]]>x=LπarccosΔh2η0---(17)]]>p‾=2P/x---(18)]]>式中：P为Π型构件底板受到的最大总上托力，单位为kN/m；B是底板总宽，单位为m；Δh2是底板底部距计算水位的距离，单位为m；η0是波面最大上升高度，单位为m；h是堤前水深，单位为m；x是波浪在底板上的作用宽度，单位为m；如果x＞B，则取x＝B；为均匀分布压强，单位为kPa；局部最大冲击压强pi按照下列公式计算：piγH=4(1-Δhη0)0.6exp[-1.4(Δhη0-0.55)2]---(19)]]>式中：pi为局部最大冲击压强，单位为kPa；Δh为底板底部距静水面的距离，单位为m；按上述方法计算得到防波堤上部结构的波压力强度后，再根据《水运工程混凝土结构设计规范》进行板、梁构件的配筋计算即可。