浮式防波堤设计应考虑的问题

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1、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。1.浮式防波堤的建造必须考虑存在的巨大风险在海洋工程中，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：1.1设计标准如何选择？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

2、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）,对应为8.3级大风（对应海面风速22.0m/s）,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

3、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。1.2如何选址？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”。1.3浮式防波堤存在先天性的缺陷浮式防波堤是“受约束的运动浮体”，与固定式防波堤不同

4、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,型深4.3m,假定吃水为3m,

5、则其在海水中的排水量约为1.025X100X16X3=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

6、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。1.4“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、

7、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

8、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。(2)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