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浮式防波堤水動力及消波性能試驗技術 版權信息
- ISBN：9787030632524
- 條形碼：9787030632524 ; 978-7-03-063252-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
浮式防波堤水動力及消波性能試驗技術 內容簡介
本書介紹風、浪、流等海洋環境作用下浮式防波堤水動力學模型試驗的研究方法及相關理論，主要是江蘇科技大學浮式防波堤研究團隊多年來開展浮式防波堤試驗研究工作的總結和提煉，同時吸收了靠前上**的研究成果。本書主要內容包括緒論，浮式防波堤水動力及消波性能基本理論，浮式防波堤模型設計及海洋環境模擬，浮式防波堤試驗測量系統及校驗方法，浮式防波堤二維水槽和三維水池模型試驗方法，浮式防波堤試驗數據處理與分析方法，浮式防波堤模型試驗實例及分析等。
浮式防波堤水動力及消波性能試驗技術 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 浮式防波堤概述 1
1.2 浮式防波堤分類 2
1.3 浮式防波堤工程應用及發展趨勢 4
1.4 浮式防波堤試驗技術研究現狀 11
1.5 國內外海洋工程水動力實驗室簡介 14
參考文獻 23
第2章 浮式防波堤水動力及消波性能基本理論 26
2.1 浮式防波堤環境及荷載簡述 26
2.2 浮式防波堤運動坐標系 34
2.3 浮式防波堤系統運動響應分析方法 36
2.4 波浪沿浮式防波堤傳播與變形基本原理 40
2.5 浮式防波堤模型試驗相似性基本理論 43
參考文獻 53
第3章 浮式防波堤模型設計及海洋環境模擬 55
3.1 模型縮尺比選擇方法 55
3.2 波浪相似性模擬方法 58
3.3 風的相似性模擬方法 64
3.4 流的相似性模擬方法 66
3.5 地形相似性模擬方法 67
3.6 模型相似性設計方法 68
3.7 模型主要參數相似性調整方法 80
參考文獻 81
第4章 浮式防波堤試驗測量系統及校驗方法 83
4.1 試驗測量儀器的類別和標定 83
4.2 測試內容及儀器布置 91
4.3 試驗數據實時采集系統 93
4.4 模型相似性校驗方法 93
參考文獻 101
第5章 浮式防波堤二維試驗方法 102
5.1 試驗目的和內容 102
5.2 邊界效應及消除方法 102
5.3 二維試驗相似性設計方法 104
5.4 二維試驗儀器及測點布置方法 106
5.5 二維試驗工況設計方法 108
5.6 二維試驗注意事項 110
參考文獻 111
第6章 浮式防波堤三維試驗方法 112
6.1 三維試驗與二維試驗的區別 112
6.2 三維試驗相似性設計方法 113
6.3 三維水池試驗儀器及測點布置方法 119
6.4 三維試驗工況設計方法 123
參考文獻 126
第7章 浮式防波堤試驗數據處理與分析方法 127
7.1 誤差分析 127
7.2 浮式防波堤試驗數據處理與分析方法 131
7.3 影響試驗結果的參數因子及控制措施 147
7.4 原型結果的換算方法 149
參考文獻 149
第8章 浮式防波堤二維水槽試驗實例及分析 151
8.1 試驗水槽簡介 151
8.2 試驗原型簡介 151
8.3 試驗模型設計 154
8.4 試驗工況設計 157
8.5 測量系統、測試儀器及測點布置 158
8.6 試驗結果及分析 161
8.7 試驗結論 173
參考文獻 174
第9章 浮式防波堤三維水池試驗實例及分析 175
9.1 試驗水池簡介 175
9.2 試驗原型簡介 175
9.3 試驗模型設計 178
9.4 試驗工況設計 181
9.5 測量系統、測試儀器及測點布置 183
9.6 試驗數據處理 186
9.7 試驗結果及分析 186
9.8 試驗結論 198
參考文獻 199
第10章 地形影響下浮式防波堤模型試驗實例分析 200
10.1 地形影響下二維試驗主要參數 200
10.2 地形影響下二維試驗模型及工況設計 201
10.3 地形影響下二維試驗結果及分析 206
10.4 地形影響下三維試驗主要參數 210
10.5 地形影響下三維試驗模型及工況設計 213
10.6 地形影響下三維試驗結果及分析 216
參考文獻 221
第1章 緒論 1
1.1 浮式防波堤概述 1
1.2 浮式防波堤分類 2
1.3 浮式防波堤工程應用及發展趨勢 4
1.4 浮式防波堤試驗技術研究現狀 11
1.5 國內外海洋工程水動力實驗室簡介 14
參考文獻 23
第2章 浮式防波堤水動力及消波性能基本理論 26
2.1 浮式防波堤環境及荷載簡述 26
2.2 浮式防波堤運動坐標系 34
2.3 浮式防波堤系統運動響應分析方法 36
2.4 波浪沿浮式防波堤傳播與變形基本原理 40
2.5 浮式防波堤模型試驗相似性基本理論 43
參考文獻 53
第3章 浮式防波堤模型設計及海洋環境模擬 55
3.1 模型縮尺比選擇方法 55
3.2 波浪相似性模擬方法 58
3.3 風的相似性模擬方法 64
3.4 流的相似性模擬方法 66
3.5 地形相似性模擬方法 67
3.6 模型相似性設計方法 68
3.7 模型主要參數相似性調整方法 80
參考文獻 81
第4章 浮式防波堤試驗測量系統及校驗方法 83
4.1 試驗測量儀器的類別和標定 83
4.2 測試內容及儀器布置 91
4.3 試驗數據實時采集系統 93
4.4 模型相似性校驗方法 93
參考文獻 101
第5章 浮式防波堤二維試驗方法 102
5.1 試驗目的和內容 102
5.2 邊界效應及消除方法 102
5.3 二維試驗相似性設計方法 104
5.4 二維試驗儀器及測點布置方法 106
5.5 二維試驗工況設計方法 108
5.6 二維試驗注意事項 110
參考文獻 111
第6章 浮式防波堤三維試驗方法 112
6.1 三維試驗與二維試驗的區別 112
6.2 三維試驗相似性設計方法 113
6.3 三維水池試驗儀器及測點布置方法 119
6.4 三維試驗工況設計方法 123
參考文獻 126
第7章 浮式防波堤試驗數據處理與分析方法 127
7.1 誤差分析 127
7.2 浮式防波堤試驗數據處理與分析方法 131
7.3 影響試驗結果的參數因子及控制措施 147
7.4 原型結果的換算方法 149
參考文獻 149
第8章 浮式防波堤二維水槽試驗實例及分析 151
8.1 試驗水槽簡介 151
8.2 試驗原型簡介 151
8.3 試驗模型設計 154
8.4 試驗工況設計 157
8.5 測量系統、測試儀器及測點布置 158
8.6 試驗結果及分析 161
8.7 試驗結論 173
參考文獻 174
第9章 浮式防波堤三維水池試驗實例及分析 175
9.1 試驗水池簡介 175
9.2 試驗原型簡介 175
9.3 試驗模型設計 178
9.4 試驗工況設計 181
9.5 測量系統、測試儀器及測點布置 183
9.6 試驗數據處理 186
9.7 試驗結果及分析 186
9.8 試驗結論 198
參考文獻 199
第10章 地形影響下浮式防波堤模型試驗實例分析 200
10.1 地形影響下二維試驗主要參數 200
10.2 地形影響下二維試驗模型及工況設計 201
10.3 地形影響下二維試驗結果及分析 206
10.4 地形影響下三維試驗主要參數 210
10.5 地形影響下三維試驗模型及工況設計 213
10.6 地形影響下三維試驗結果及分析 216
參考文獻 221
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浮式防波堤水動力及消波性能試驗技術 節選
第1章緒論 1.1浮式防波堤概述 海洋覆蓋了地球近71%的表面積，蘊藏著巨大的資源，包括豐富的海洋生物資源、礦產資源及巨大的綠色清潔能源（如風能、波浪能、潮汐能及溫差能）。據估算，海洋提供食品的能力是陸地的1000倍；且海底石油儲量較大，研究表明，海洋石油儲量約占全球總儲量的34%，其中已探明的儲量約為380億噸；除此之外，海水還能提供擁有氫、鈾同位素等的多種核原料。因此，如何高效、環保地利用海洋資源是現階段人類面臨的重要課題。 目前，海洋資源開發由近海向深遠海快速發展，如何應對復雜惡劣的海洋環境以及如何在獲取海洋資源時降低對海洋生態環境的影響和破壞是首先要解決的問題。因此，浮式海洋結構物應運而生，它具有適應深水化作業、海上安裝周期短、可在不同海域遷移、對海底生態環境破壞小等優勢。然而海洋環境十分復雜嚴酷，具有強隨機性，臺風、巨浪時有發生，這會對浮式結構物造成損傷甚至破壞。可以消減波浪的防波堤是一類可以為海洋結構物提供安全掩護的重要設施和裝備。 防波堤常布置在港口或海岸附近，它的主要作用是對從外海傳播來的波浪進行阻擋和消減，從而保護港口附近水域的平穩，保障船舶和海上結構物的安全以及港口附近的工程建筑的穩固。此外，某些海區的防波堤還能在一定程度上阻止流冰的大量涌入以及減少港口內泥沙的淤積。隨著海洋開發逐步走向深遠海，固定式防波堤工程造價變得高昂，施工難度逐漸增大。因此，浮式防波堤技術逐漸成為研究熱點，世界上也有多個浮式防波堤投入使用。圖1.1給出了摩納哥康達敏（Condamine）海港浮式防波堤[1，2]，該浮式防波堤總長352m，寬28m，高24.5m，排水量16.3萬噸，采用鋼筋混凝土進行建造，主要功能是浮動碼頭，用于停靠船舶，內部空間作為購物和停車場所，可有效地保護現有港口。 浮式防波堤主要由三部分構成，包括浮式防波堤主體、連接結構及固定浮式防波堤的錨泊系統。與固定式防波堤相比，浮式防波堤具有以下優勢：①浮式防波堤一般漂浮在水面上，海水可進行正常的交換，降低因封閉海域而帶來的環境污染危害；②隨著應用水深的增加，造價優勢越來越顯著，如應用于水深50m的水域時，浮式防波堤造價是傳統重力式防波堤的1/3左右；③可以適用于多種地質條件，不受地形的限制；④建造周期短、速度快、安裝和拆卸方便，同時具有可遷移的優勢。 圖1.1摩納哥康達敏海港浮式防波堤 隨著海洋資源開發的深水化、環保化的發展，浮式防波堤可為越來越多的海上浮式結構物在非遮蔽水域提供滿足其工作需求的海洋環境，提高工作效率并減少臺風等自然災害對海洋、海岸結構物造成的破壞。 1.2浮式防波堤分類 1.2.1主體結構形式分類 浮式防波堤按照結構形式的不同，主要可以分為浮箱式、浮筒式和浮筏式三種形式，如圖1.2所示。 圖1.2浮式防波堤的主要類型 （1）浮箱式防波堤。浮箱式防波堤利用防波堤的迎浪面對入射波浪進行有效的反射消波，主要原材料多為鋼筋混凝土，其構型多為長方體結構，且寬度范圍一般在8.0～12.0m、吃水一般在1.0～4.0m。浮箱式防波堤具有結構簡單、建造、運輸及安裝方便等特點。圖1.2（a）給出了浮箱式浮式防波堤示意圖。 （2）浮筒式防波堤。這種浮式防波堤常采用框架結構，其消波原理及材料應用與浮箱型浮式防波堤類似，但其吸收波能的能力有一定程度的提升。圖1.2（b）給出了浮筒式浮式防波堤示意圖。 （3）浮筏式防波堤。浮筏式防波堤主要利用浮體與海水間產生的摩擦達到消耗波浪能量的目的，屬于典型的摩擦型浮式防波堤。圖1.2（c）給出了一種典型的由輪胎組成的浮筏式防波堤。 1.2.2消波原理分類 按照消波原理的不同進行分類，浮式防波堤可分為反射型、反射與波浪破碎結合型以及摩擦型。其中，反射型浮式防波堤主要通過對堤前波浪的反射來達到消減波浪的效果，浮箱式浮式防波堤是*常見的反射型浮式防波堤構型；反射與波浪破碎結合型浮式防波堤除了通過利用防波堤對波浪的反射作用，還通過使波浪發生破碎等形式來達到消減波浪的效果，常見的有柵欄式和浮筒式構型；摩擦型浮式防波堤結構表面十分粗糙，這有利于與波浪發生大量的摩擦，達到消減波浪的效果，常見的有浮筏式和床墊式等構型。 1.2.3錨泊形式分類 浮式防波堤一般由浮式防波堤主體結構、連接結構和錨泊系統三部分組成。主體結構的主要功能是衰減波浪能量并確保掩護海域內的波高平穩；連接結構的主要功能是將不同模塊的防波堤主體連接起來，形成一個整體；錨泊系統用于固定防波堤主體結構，保證浮式防波堤主體結構安全平穩地運行。 不同的錨泊方法對浮式防波堤消波性能和水動力響應的影響有較大的差異。錨鏈錨泊作為浮式防波堤的主要錨泊形式之一，主要通過錨鏈和其他組合式的錨泊線對浮式防波堤主體結構進行固定。垂直導樁錨泊也是常見的浮式防波堤錨泊形式，它對防波堤的橫搖、縱搖、橫蕩以及縱蕩運動起到很好的限制作用，使得浮式防波堤在海浪影響下，只存在垂向運動和搖擺運動。垂直導樁錨泊主要有以下優點： （1）防波堤運動較小，消波效果較好。 （2）極少產生走錨現象，因此，其可靠度更高。 垂直導樁錨泊也存在明顯的局限性，主要有以下方面：①對布錨地的地基有較高要求；②該錨泊方式限制了防波堤的橫搖、縱搖、橫蕩以及縱蕩運動，這造成導樁上的水平力和彎矩很大，在實際使用過程中需要對導樁結構的耐久性進行重點評估和測試。 錨鏈錨泊是目前應用*廣泛的錨泊方式。錨鏈下端通常通過混凝土重塊、船錨、水下打樁等方式進行錨固。錨鏈錨泊布置方式常見的有平行式、八字形、人字形和交叉式四種方式，如圖1.3所示。交叉布置的錨泊方式多應用于海岸港口附近的浮式防波堤。應用于開敞海域中的浮式防波堤，多采用對稱布置的錨泊方式，其中平行對稱和八角對稱兩種錨泊方式是實際工程應用中使用*多的布置方式。 圖1.3錨鏈錨泊布置方式 1.3浮式防波堤工程應用及發展趨勢 1.3.1國內工程應用實例 盡管目前我國浮式防波堤工程實例較少，但研究起步較早。1962年，南京水利水電科學研究院開展了鋼筋混凝土矩形剖面浮式防波堤的設計[3]，該防波堤全長134m，設計波高為2.2m，應用于湖北省丹江口水庫。2002年，連云港市在旗臺山海域建成了浮式防波堤，該防波堤長1000m，布設兩排直徑90cm汽車輪胎作為擋浪漂浮物，建成初期消波效果較好[4]。2016年，在港珠澳大橋香港口岸人工島工程的施工期，為了減小波浪對施工作業的影響，施工方臨時建造了浮式防波堤，該浮式防波堤投入使用后為施工水域提供了平穩的施工環境[5]。此次工程共在人工島西北側設置了長達600m的浮式防波堤。浮式防波堤主體距離人工島邊緣約80m，用于保障施工船只進出水域進行作業。該浮式防波堤設置區域如圖1.4所示。 圖1.4臨時浮式防波堤位置區域 該臨時施工掩護用浮式防波堤主體為集裝箱，并在集裝箱上部設置了兩層密封的空汽油桶用來提供浮力，集裝箱本身并未密封，允許海水進入箱內用作壓水。以三個集裝箱為一單元，各單元之間采用錨鏈連接并布置橡膠緩沖設施，如圖1.5所示。 圖1.5臨時施工掩護用浮式防波堤[5] 1.3.2國外工程應用實例 國外的浮式防波堤工程主要集中在歐美等發達國家。世界上**個浮式防波堤是1811年英國在普利茅斯港建造的用于保護船只的木質浮式防波堤[6]。諾曼底Bombardon浮式防波堤[7]建于第二次世界大戰期間（1944年），盟軍為保護船舶的安全，在諾曼底海岸離岸1.6km處放置了浮式防波堤，其單元模塊主尺度為長61m、寬7.6m、高7.6m，重250t，如圖1.6所示。1976年，日本在福山建造了由兩種規格尺寸浮橋組成的全長為275m的長方形浮式防波堤[8]。為保護海上輸送混凝土管道的浮橋不受海浪破壞，蘇格蘭研制并應用三段式浮式防波堤，該臨時浮式防波堤長55m、寬18m，能夠抵御波高2m的波浪，消浪效果可達75%。美國于1999年在華盛頓州烏節灣的布朗斯維爾碼頭港口應用新型浮式防波堤[9]，該浮式防波堤長290m、寬4.26m，作為浮動碼頭，用于停靠船只，如圖1.7所示。 圖1.6 Bombardon浮式防波堤 圖1.7布朗斯維爾碼頭港口浮式防波堤 近年來浮式防波堤應用廣泛，發展迅速，越來越受到關注。希臘萊夫卡斯碼頭浮式防波堤（2000年），長288m，寬度3m，用于小型船只停靠，如圖1.8所示。意大利加里波利港浮式防波堤（2008年），由5個長12m、寬3m的單模塊結構組成，上方有系泊配件和船用燈，下方有錨鏈和重塊錨定，用于系泊游艇，
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